28.4.2023

Tohtorinväitös haitallisten typen oksidien vähentä-misestä polttoaineena käytettävästä biomassajätteestä

MSc Daniel Schmidin väitöskirja epäorgaanisen kemian alalta esitetään julkisesti tarkastettavaksi Åbo Akademin luonnontieteiden ja tekniikan tiedekunnassa .

Väitöskirjan otsikkona on Laboratory Studies on Aqueous Absorption and High Temperature Chemistry of NO_x and SO_x in Thermal Conversion of Biomass Waste.

Väitöstilaisuus järjestetään perjantaina 5. toukokuuta 2023 klo. 13.15 osoitteessa auditorio Argentum, Aurum, Henrikinkatu 2, Turku. Vastaväittäjänä toimii professori Fredrik Normann, Chalmers tekniska högskola, Ruotsi ja kustoksena emeritusprofessori Mikko Hupa, Åbo Akademi.

Yhteenveto

Maataloudessa ja metsäteollisuudessa syntyvää biomassajätettä voidaan termisesti muuntaa energian talteenottoon ja tuhkan tuottamiseen eri käyttötarkoituksiin. Biomassajätteet ovat monissa tapauksissa vaativia polttoaineita korkeiden typpi- ja alkalimetallipitoisuuksien vuoksi. Poltettaessa polttoaineen sitoma typpi muuttuu ympäristölle haitallisiksi typen oksideiksi (NO_x), jotka aiheuttavat happamia sateita ja savusumua. Alkalimetallit kuten kalium ja natrium aiheuttavat polttolaitoksissa korroosiota, joka heikentää energiatehokkuutta, pienentää laitosten käyttöikää ja asettaa korkeita materiaalivaatimuksia. Tutkielmassa tutkittiin kokeellisesti esikäsiteltyjen biomassajätteiden typenoksidien (NO_x) muodostumista sähkökuumennetussa reaktorissa poltto- ja kaasuuntumisolosuhteissa, NO_x:n absorptiota laboratorio-pesurijärjestelmässä rikkiadditiivilla ja syöpyvien natriumsuolojen sulfatointia ns. multi jet -reaktorissa 1500°C lämpötilaan asti. 

Tutkielma osoittaa, että biomassajätteen esikäsittely vaikuttaa polttoainetypen reaktioihin ja siten polton aikana muodostuvien NO_x-yhdisteiden määrään. Biomassan esikäsittely on tärkeä keino mm. polttoaineen fyysisten ominaisuuksien parantamisessa. Esikäsiteltyjen polttoaineiden NO_x-päästöt olivat joissakin tapauksissa suuremmat, mikä selittyy osittain tuhkakoostumuksen muutoksissa. Tutkielman absorptiokokeet osoittivat, että sulfiitin ja tiosulfaatin vesiliuokset pystyivät absorboimaan NO_x:ia tehokkaasti savukaasusta. Tiosulfaatin lisääminen vähensi sulfiittihapettumisen reaktionopeutta ja mahdollisti NO_x:n tehokkaan absorption. Tutkielman korkealämpötilakoe multi-jet-reaktorilla antoi uutta tietoa natriumkloridin ja natriumhydroksidin sulfatoinnista vähemmän korroosiota aiheuttaviksi yhdisteiksi. Sulfatointireaktioita tutkittiin uudella kineettisellä mallilla ja termodynaamisella mallinnuksella. Tutkielman tulokset auttavat poistamaan kemiallisia ongelmia vaativien polttoaineiden teollisessa termisessä muuntamisessa. 

Daniel Schmid on syntynyt 1995 Heidenheim an der Brenzissa, Saksassa. Hän on tavoitettavissa sähköpostitse osoitteesta daniel.schmid@abo.fi.

Väitöskirja on luettavissa Åbo Akademin julkaisuarkistossa Doriassa. 

Tästä linkistä voit ladata lehdistökuvan väittelijästä.