Biopolttoaineiden tuotanto sellutehtaan mustalipeästä : Tilannekatsaus ja tulevaisuus

Abstract

Ilmastonmuutokseen liittyvät direktiivit ja lait ohjaavat etsimään uusia polttoaineita. Yksi potentiaalinen biopolttoaineen lähde on sellunkeitossa sivutuotteena syntyvä mustalipeä. Biopolttoaineita voidaan tuottaa erilaisin menetelmin, jotka voidaan jakaa niiden sukupolven ja muuntomekanismin perusteella.

Mustalipeä on sekoitus epäorgaanisia keittokemikaaleja ja orgaanisia-aineita, joita siihen liukenee puulastuista keittoprosessin aikana. Perinteisesti mustalipeästä on kerätty keittokemikaalit talteen ja jäljelle jäänyt syöte poltettu tehtaan energiaksi. Tämän kandidaatintyön tarkoitus on selvittää biopolttoaineen valmistus mustalipeästä kolmella eri menetelmällä: pyrolyysillä, hydrotermisellä nesteytyksellä ja kaasutuksella. Työssä tarkastellaan myös mustalipeän nykyistä käyttöä Suomessa sekä minkälaiset tulevaisuuden näkymät sillä on biopolttoaineen lähteenä Suomessa ja Euroopassa.

Työ on toteutettu kirjallisuuskatsauksena. Työssä on käytetty kirjallisuutta ja alan tutkimusta prosessien selvittämiseen sekä nettisivuja ja valtioiden tutkimuksia nykytilaa ja tulevaisuutta tarkastellessa. Työssä viitataan myös biopolttoaineisiin liittyviin direktiiveihin ja lakeihin.

Työssä käsitellyt biopolttoaineen tuotantoprosessit voidaan jakaa karkeasti kolmeen vaiheeseen: esikäsittely, muuntoprosessi ja jalostus. Esikäsittelyssä mustalipeästä erotetaan epäorgaaniset yhdisteet talteen, jonka jälkeen syötettä kuivataan ja partikkeli kokoa pienennetään prosessiin sopivaksi. Kuivaus tapahtuu kaikissa prosesseissa paitsi hydrotermisessä nesteytyksessä, jota varten syötettä ei tarvitse kuivata.

Muuntoprosessien tavoitteena on muuntaa syötteestä bioöljyä tai kaasutuksessa synteettistä kaasua. Pyrolyysissä syöte kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan tietyllä nopeudella riippuen käytetystä pyrolyysistä. Hydrotermisessä nesteytyksessä syöte hajotetaan lopputuotteeksi yli- tai alikriittisen veden ollessa läsnä. Kaasutuksessa syötettä hajotetaan termisesti kaasumaisiksi lopputuotteiksi. Prosesseista saatavia tuotteita ei voida käyttää suoraan biopolttoaineena, sillä niiden koostumus ja ominaisuudet poikkeavat petrolipolttoaineista. Jalostusprosessien, kuten vetykäsittelyn, tarkoituksena on muokata koostumusta ja ominaisuuksia niin, että lopputuotteita voidaan käyttää polttoaineena tai niiden seosaineena.

Tällä hetkellä sellua ja mustalipeää tuotetaan Suomessa 12 tehtaassa. Kaikissa tehtaissa mustalipeää hyödynnetään pääasiassa energian lähteenä. Monessa tehtaassa valtaosa energiatarpeesta katetaan mustalipeän avulla.

Tulevaisuudessa EU:n asettama uusiutuvien polttoaineiden direktiivi tulee ohjaamaan biopolttoaineiden kehittämistä ja käyttöönottoa merkittävästi. Mustalipeä kuuluu direktiivissä biomassaluokkaan, josta tuotetun biopolttoaineen olisi tarkoitus kattaa 14 % liikennesektorin energiasta vuonna 2030. Mustalipeä kilpailee kuitenkin muiden biomassojen kanssa. Tutkitut tuotantoprosessit eivät ole kypsiä teknologioita ja vaativat lisätutkimusta ja tukea. Mustalipeästä tuotetuista biopolttoaineista on tehty teknistaloudellisia analyysejä. Tällä hetkellä mustalipeästä tuotetun bioöljyn kustannukset ovat 2–2,5 kertaa korkeammat verrattuna raakaöljyn hintaan. Mustalipeästä tuotettu bioöljy voisi kuitenkin tarjota etuja sellutehtaille lisätuotteen ja tuotannontehostamisen muodossa.

Mustalipeän hyödyntämistä biopolttoaineena on tutkittu jonkin verran, mutta aihe vaatii vielä runsaasti lisätutkimusta hinta-arvioiden kehittymiseksi ja kannattavuuden arvioinniksi. Mustalipeällä on potentiaalia biopolttoaineiden syötteenä biopolttoaineiden yleistymisen ja direktiivien luoman tuen ansiosta.