Ympäristöteknologia (Savukaasujen puhdistus)
EU jatkaa teollisuuden päästöjen suitsemista
Hiilidioksidin talteenotto savukaasuista voisi onnistua uuden teknologian ansiosta
EU:n teollisuuden ympäristönsuojelutoimet ovat selvästi tehostuneet viimeisten vuosikymmenien aikana. Ympäristölainsäädäntö on tiukentunut, energiatehokkuus on kasvanut ja teollisuudessa on siirrytty yleisesti tietyistä raskaista ja saastuttavista tuotantotyypeistä kevyempiin ja vähemmän saastuttaviin. EU:n suurimmat teollisuuslaitokset tuottavat kuitenkin edelleen suuren osan merkittävimpien ilmansaasteiden ja kasvihuonekaasujen kokonaispäästöistä.
Teollisuuden aiheuttamaa saastumista rajoitetaan EU:ssa monin keinoin. Teollisuuden päästöjä koskevassa direktiivissä (teollisuuspäästödirektiivissä) määritellään noin 50 000 suurelle teollisuuslaitokselle velvoitteita, joilla pyritään estämään tai minimoimaan ilmakehään, veteen ja maaperään kohdistuvat päästöt. Teollisuuspäästödirektiivin mukaan näiden laitosten on myös vähennettävä jätteen määrää.
Teollisuuspäästödirektiivissä asetetaan eräitä saasteita koskevat EU:n laajuiset päästöraja-arvot tietyntyppiselle toiminnalle, josta esimerkkinä ovat suuret polttolaitokset (LCP), jätteenpolttolaitokset ja jätettä käyttävät rinnakkaispolttolaitokset, liuottimia käyttävä toiminta sekä titaanidioksidituotanto.
Keskisuuria polttolaitoksia (MCP) koskevalla direktiivillä säännellään rikkidioksidin (SO2), typen oksidien (NOX) ja hiukkasten päästöjä, jotka ovat peräisin polttoaineiden käytöstä laitoksissa, joiden polttoaineteho on vähintään 1 megawatti (MWth) ja enintään 50 MWth.
Vihreä roadmap
Vihreämpään eurooppalaiseen teollisuuteen siirtyminen edellyttää yhdennettyä lähestymistapaa, jolla vahvistetaan saastumisen vähentämistä sen lähteellä ja tarjotaan kannustimia toimintatapojen muuttamiseen ja uuden innovatiivisen teknologian käyttöönottoon.
Århusin yleissopimuksen mukaisesti seitsemännen ympäristöä koskevan toimintaohjelman yhtenä tavoitteena on parantaa saastumisen vähentämisestä annetun lainsäädännön täytäntöönpanoa koskevien tietojen saatavuutta. Teollisuuspäästödirektiivin mukaan jäsenvaltioiden on annettava entistä parempia konsolidoituja tietoja teollisuuslaitoksista. Ajatuksena on, että entistä tiukemman lainsäädännön täytäntöönpano kaikilta osin auttaa parantamaan teollisuuden päästöjen valvontaa.
Teollisuuspäästödirektiivin mukainen teollisuuden toimintatapojen valvonta on tiukempaa kuin teollisuuden aiheuttaman saastumisen ehkäisemistä ja vähentämistä koskevan aiemman direktiivin (IPPC-direktiivin) mukainen valvonta. Valvonta perustuu parhaan käytettävissä olevan tekniikan (BAT) periaatteeseen ja kattaa suuremman määrän teollisuuden toimintoja kuin IPPC-direktiivi.
Mittaa niin tiedät
Tie päästöjen vähentäminen alkaa aina niiden säntillisestä mittaamisesta. Esimerkiksi IED-vaatimukset luovat raamit päästöjen jatkuvatoimiselle mittaamiselle sekä laadunvarmistukselle jätteenpolttolaitoksissa.
EN14181-standardi vuodelta 2014 varmistaa kiinteästi asennettujen mittalaitteiden laadun ja kertoo, miten päästömittausjärjestelmä tarkistetaan (QAL2, AST, QAL3). EN14181:ssä on myös määritelty, että mittausjärjestelmän tulee soveltua kyseisiin mittauksiin (QAL1). Päästöjen mittaamisessa on käytettävä EN15267- standardin mukaisesti sertifioituja järjestelmiä (tyypillisesti MCERTS tai TÜV).
Mittaustekniikoita on useita erilaisia, mm. FTIR, GFC, TDLS, DOAS, NDIR, UV ja CLD. Nykyisellään laajin valikoima eri päästömittauskomponentteja saadaan FTIR-tekniikalla (Fourier-transform Infrared spectroscopy), joka soveltuu tyypillisten päästökaasujen kuten typpioksidi-, rikkidioksidi-, hiilimonoksidi- sekä hiilidioksidipäästöjen mittaamisen lisäksi mm. ammoniakin, HCl:n, HF:n, N2O:n, hiilivetyjen ja savukaasun kosteuden mittaamiseen. Tällä hetkellä arviolta noin 60% koko maailman päästömittauksista tehdään FTIR:llä – joskin suuriakin eroja esiintyy esimerkiksi eri maiden sekä erityyppisten laitosten välillä.
Katalyytillä vai ilman?
Voimalaitokset ja monet muut teollisuuslaitokset – mm. sementtitehtaat, polttolaitokset, lasitehtaat ja jalostamot – tarvitsevat toimintaansa varten yhä useammin NOx-pelkistysjärjestelmiä, joiden avulla haitallisia typen oksideja saadaan vähennettyä. Järjestelmät ovat yleensä joko SNCR- (ei-katalyyttinen menetelmä) tai SCR-järjestelmiä (katalyyttinen menetelmä), joissa ruiskutetaan joko ammoniakki- tai ureareagenssia.
SNCR voi vähentää NOx-päästöjä arviolta noin 80%, kun taas SCR:llä saavutetaan jopa 95% päästövähennys. SNCR on kuitenkin ratkaisuna edullisempi ja yksinkertaisempi. Näin teollisuudessa on yleistynyt käytäntö, jonka mukaan SNCR-järjestelmään investoidaan melkoisella varmuudella, mikäli se riittää haluttuun NOx-tasoon pääsemiseen.
Hiilidioksidista eroon
Savukaasut ovat iso hiilidioksidin lähde, joten on luontevaa tutkia, miten hiilidioksidin talteenotto voisi toimia savukaasujen suhteen. Poltonjälkeinen hiilidioksidin talteenotto sekä erityisesti negatiiviset päästöt mahdollistava BECCS (bioenergy with carbon capture and storage) ovat tärkeitä kehitteillä olevia teknologioita, joiden avulla voidaan vähentää energiantuotannossa aiheutuvia hiilidioksidipäästöjä.
Kaiken kaikkiaan poltonjälkeinen hiilidioksidin talteenotto on kuitenkin ongelmallista sekä teknologisesti haastavaa ja lisäksi se aiheuttaa merkittävää energiahävikkiä laitoksille. Tästä syystä ns. kalvotekniikka on viime vuosina herättänyt suurta mielenkiintoa. Kalvotekniikan avulla on mahdollista saavuttaa ympäristöystävällisempi, energiatehokkaampi ja edullisempi hiilidioksidin talteenottoprosessi.
Kohti kaupallisia ratkaisuja
Tällä hetkellä kalvotekniikkaa tutkitaan paljon hiilidioksidin talteenottoa silmällä pitäen ja ongelmakohtia pyritään ratkomaan kaupallistamisen tieltä. Hiilidioksidin talteenotossa halutaan erottaa mahdollisimman suuri osuus (>90 %) savukaasujen sisältämästä hiilidioksidista ja tuottaa mahdollisimman puhdas CO2-virta.
Tutkimustyön seurauksena on kehitetty tämän vaatimuksen täyttäviä, kalvotekniikkaa hyödyntäviä ratkaisuja. Erilaisia savukaasuille soveltuvia sekä korkean permeanssin omaavia membraaneja on onnistuttu kehittämään. Pilottilaitoksissa on jo suoritettu lupaavia kokeita, joissa membraanit pysyivät suorituskykyisinä pitkän ajan.
Riittävän suorituskykyisten kalvomateriaalien aiheuttamat kustannukset ovat kuitenkin toistaiseksi liian korkeita. Kalvomateriaaleja ja niiden valmistusprosessia pitää vielä kehittää nykyisestä, ennen kuin ne tuovat todellisia tehoja talteenottoon.
Teksti: Sami J. Anteroinen
Kuva: Pixabay
