Kierrätysperäiset bionesteet teollisuuden polttoaineena

Abstract

Tämä kandidaatintyö käsittelee sivu- ja jätevirroista valmistettujen bionesteiden ominaisuuksia ja hyödyntämistä teollisuuden polttoaineena. Bionesteet ovat muuhun kuin liikennekäyttöön tuotettuja nestemäisiä biopolttoaineita. Työn motivaationa on kestävän kehityksen edistäminen teollisuudessa, erityisesti kiertotalousratkaisujen avulla ja korvaamalla fossiilisia polttoaineita uusiutuvilla vaihtoehdoilla. Tavoitteena on selvittää, mitkä polttonesteen ominaisuudet ovat kriittisiä raskaan teollisuuden polttoprosesseissa, sekä sen jälkeen tarkastella kierrätysperäisiä bionesteitä ja niiden soveltuvuutta näiden ominaisuuksien kannalta. Ensisijaisesti työssä käsitellään sumutuspolttimia, joissa polttoneste syötetään polttokammioon hienojakoisena pisarasuihkuna. Työ on toteutettu kirjallisuuskatsauksena. Kierrätysperäisiä bionesteitä voidaan valmistaa yksinkertaisella fysikaalisella käsittelyllä esimerkiksi elintarviketeollisuuden ja ravintoloiden rasvapitoisista sivuvirroista, kuten käytetystä paistorasvasta, kalan perkuujätteistä ja rasvavalmisteiden hävikkieristä. Tällaiset materiaalit eivät usein sovellu elintarvikekäyttöön, jolloin hyödyntäminen polttoaineena voi olla jätehierarkian mukainen ja kannattavin vaihtoehto. Useita kylmäkäyttäytymiseen, virtausominaisuuksiin, pumpattavuuteen, pisaroitumiseen, syttymiseen ja palamiseen vaikuttavia polttonesteen ominaisuuksia tunnistettiin teollisuuden polttoprosesseissa keskeisiksi. Edellä luetellut tekijät määrittävät, millaisissa sovelluksissa ja käyttöolosuhteissa polttonestettä voidaan käyttää ja kuinka hyvin se käytännössä toimii prosessissa. Kylmäominaisuuksia ja pumpattavuutta kuvaavat esimerkiksi samepiste, jähmepiste ja viskositeetti. Kierrätysperäisillä bionesteillä on tyypillisesti korkea viskositeetti, jonka takia ne pisaroituvat huonosti eivätkä usein syty ilman esilämmitystä. Heikko pisaranmuodostus aiheuttaa epätäydellistä palamista ja lisää muun muassa hiukkaspäästöjä. Korkea same- ja jähmepiste voivat rajoittaa kierrätysperäisten bionesteiden käyttöä viileissä lämpötiloissa. Useimmiten rasvapohjaisten kierrätysbionesteiden lämpöarvo on hieman fossiilisia polttoaineita matalampi mutta ei kuitenkaan tekninen este niiden hyödyntämiselle. Lämpöarvo vaikuttaa esimerkiksi polttonesteen kulutukseen ja palamislämpötilaan. Jodiluku ja happoluku kuvaavat rasvapohjaisen bionesteen säilyvyyttä, ikääntymistä ja korrosoivuutta. Jos arvot ovat korkeita, polttoneste saattaa aiheuttaa tukkeumia ja korroosiota polttoainejärjestelmässä. Lisäksi vesi ja muut epäpuhtaudet voivat aiheuttaa polttoprosessissa erinäisiä haasteita, ellei niitä poisteta esikäsittelyssä. Viskositeettia voidaan alentaa esimerkiksi esilämmityksen ja erilaisten lisäaineiden avulla, jolloin myös palamisen laatu paranee. Lisäaineilla voidaan säätää myös polttonesteen kylmäominaisuuksia. Lisäksi puhdasta palamista voidaan edistää sopivan suuttimen valinnalla sekä sumutuspaineen ja ilman syötön optimoinnilla. Taloudellisesta näkökulmasta kierrätysbionesteiden etuna ovat edulliset raaka-aineet. Valmistuskustannukset ovat sitä matalammat, mitä vähemmän bionestettä käsitellään, mutta sitä enemmän jätemateriaalin ominaisuudet ja mahdolliset epäpuhtaudet myös vaikuttavat polttonesteen käyttöön. Tämän kirjallisuuskatsauksen perusteella, tietyistä mahdollisista haasteista huolimatta, kierrätysperäisiä bionesteitä on mahdollista hyödyntää raskaan teollisuuden polttoaineena, ilman että prosesseihin on tarpeen tehdä mittavia muutoksia. Biopohjaisten sivu- ja jätevirtojen hyötykäyttö edistää paitsi siirtymää uusiutuviin energianlähteisiin, myös haasteellisen rasvajätteen kierrätystä ja jätehierarkian toteutumista.