Uudesta hiilidioksidin talteenottomenetelmästä hyviä tuloksia

ylatalo

Kuvassa vasemmalta alkaen professori Timo Hyppänen, professori Dr Edward John Anthony ja väitellyt Jaakko Ylätalo. Kuva: Jyri Ylätalo.

Diplomi-insinööri Jaakko Ylätalo tutki tietokonepohjaisen mallintamisen avulla uutta hiilidioksidin talteenottomenetelmää, joka hyödyntää kalsiumoksidin ja hiilidioksidin välistä tasapainoreaktiota.

Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa (Lappeenranta University of Technology, LUT) tehdyn väitöstutkimuksen mallinnustulokset osoittivat, että prosessi soveltuu hiilidioksidin tehokkaaseen talteenottoon voimalaitoskokoluokassa, jos kalsiumoksidin leijutuskäyttäytyminen saadaan kartoitettua riittävän hyvin.

Tutkimuksen taustalla on kasvihuonekaasupäästöjen rajoittamiseen liittyvät paineet erityisesti energiantuotannossa, joka on riippuvainen fossiilisista polttoaineista. Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi on yksi ratkaisu kasvihuonekaasupäästöjen rajoittamiseksi lyhyellä aikajänteellä fossiilisia polttoaineita käyttävissä laitoksissa.

”Nykyiset talteenottomenetelmät ovat kuitenkin kalliita ja uusien, tehokkaampien menetelmien kehittäminen lyhyellä aikavälillä on tarpeen. Uuden teknologian kehittäminen erityisesti voimalaitosskaalassa on kallista ja riskialtista, joten tietokonepohjaisella mallintamisella saatujen tutkimustulosten hyödyntäminen korostuu”, kertoo Ylätalo.

Tutkimuksessa on kyse ns. calcium looping -prosessista. Tämän prosessin korkeat lämpötilat ja materiaalivirrat yhdistettynä vesi-höyrypiiriin soveltuvat sähkötuotantoon ja kalsiumoksidi voidaan hyödyntää prosessin jälkeen betonin valmistuksessa.

Calcium looping -prosessissa voimalaitoksen savukaasujen hiilidioksidi sidotaan kalsiumoksidiin leijupetireaktorissa ja erotetaan savukaasuvirrasta. Muodostunut kalsiumkarbonaatti johdatetaan toiseen reaktoriin, missä korkeammassa lämpötilassa hiilidioksidi vapautuu varastointia varten. Regeneroitu kalsiumoksidi palautetaan talteenottoreaktoriin, missä kierto jatkuu.

Prosessiin sovellettiin leijupetikattiloita varten kehitettyä monifysikaalista mallia, joka simuloi leijupetireaktorin kaksifaasivirtauksessa tapahtuvia ilmiöitä kuten lämmönsiirtoa, kemiallisia reaktioita sekä kaasun ja kiintoaineen välistä vuorovaikutusta.

Malliraamiin lisättiin calcium looping prosessille ominaisia ilmiöitä ja mallia sovellettiin sekä validoitiin eri yksikkökokoluokissa. Mallinnuksen kautta saatiin arvokasta tietoa kahden leijupetireaktorin yhteiskäyttäytymisestä, prosessin skaalautumisesta teolliseen mittakaavaan sekä prosessin mahdollisista ongelmakohdista.

Tämänhetkiset suurimmat haasteet liittyvät kalsiumoksidihiukkasten talteenotto- ja leijutusominaisuuksien muuttumiseen prosessin aikana.

Lisäksi mallinnuksella optimoitiin reaktoreiden välistä kiintoainevirtaa, ratkaistiin mitoitukseen ja lämmönsiirtoon liittyviä haasteita sekä simuloitiin prosessin käyttäytymistä eri osakuormilla.

Diplomi-insinööri Jaakko Ylätalon lämpö- ja virtaustekniikan alaan kuuluva väitöskirja Model based analysis of the post-combustion calcium looping process for carbon dioxide capture tarkastettiin 9.12.2013 Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa. Vastaväittäjänä toimi professori Dr. Edward John Anthony, Cranfield University, Iso-Britannia, ja kustoksena professori Timo Hyppänen Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta.

Väitöskirja on julkaistu yliopiston Acta Universitatis Lappeenrantaensis – tutkimussarjassa numero 551. ISBN 978-952-265-520-2, ISBN 978-952-265-521-9 (PDF), ISSN 1456-4491.

Väittelijän henkilötiedot:

Nimi: Jaakko Ylätalo

Syntymävuosi ja -paikka: 1985 Kouvola

Kotikunta: Lappeenranta

Koulutus: ylioppilas 2004 Kouvolan Lyseon lukio, diplomi-insinööri 2010 Lappeenrannan teknillinen yliopisto

Työsuhteet: nuorempi tutkija, Lappeenrannan teknillinen yliopisto, 2010-

Uutisen lähde:

Lappeenrannan teknillisen yliopiston väitöstiedote

Aiemmat kirjoituksemme tästä aiheesta:

Mitä eurooppalaiset tietävät hiilidioksidin talteenotosta ja varastoinnista?

%d bloggers like this: