Teollisuusprosessien hiilidioksidipäästöjen vähentäminen lämmityksen sähköistämisellä
Partanen, Opri (2022)
Kandidaatintyö
2022
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022050533251
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022050533251
Tiivistelmä
Teollisuus on yksi maailman suurimmista energiankäyttäjistä. Näin ollen siellä syntyy myös paljon hiilidioksidipäästöjä, joita tulisi vähentää radikaalisti ilmastonmuutoksen torjumiseksi. Hiilidioksidipäästöjä voidaan vähentää sähköistämällä teollisuuden lämmitys. Tässä kirjallisuuskatsauksessa tutkitaan eri sähköistystekniikoita lämmityksen toteuttamiseen.
Sähköinen lämmitys toteutetaan sähköisillä prosessiuuneilla sekä lämpöpumpuilla. Sähköisillä prosessiuuneilla on mahdollista toteuttaa korkean lämpötilan prosessit. Prosessiuunien sähköistystekniikoita ovat infrapuna-, mikroaalto-, radiotaajuus-, induktio-, vastus-, sähkökaari- ja plasmateknologia. Lämpöpumput hyödyntävät lämmönlähteenä prosessin hukkalämpöä, jolloin myös prosessin energiatehokkuus paranee. Lämpöpumpuilla pystytään kattamaan prosessien matala lämmöntarve 150 ˚C lämpötilaan asti.
Sähköisillä sovelluksilla voidaan tehostaa prosessien ominaisuuksia. Sähköisillä prosessiuuneilla pystytään parantamaan prosessin hallittavuutta, joustavuutta ja turvallisuutta. Lisäksi tuotteen laatu ja saanto voivat parantua sekä prosessointiaika lyhentyä. Esimerkiksi metaanin kuivareformointiprosessista saadaan tehokkaampi, kun se toteutetaan sähköisellä sovelluksella. Sähköiset lämmitystekniikat voivat myös hyödyntää mekaanista työtä lämmön tuottamiseen.
Teollisuuden korkean lämpötilan lämpöpumput ovat pääsääntöisesti kompressiolämpöpumppuja. Kaupallisilla lämpöpumpuilla päästään 90–160 ˚C lämpötiloihin. Lämpöpumppuja on saatavilla useissa eri kokoluokissa kymmenistä kW:sta kymmeniin MW:n. Kustannuksiltaan lämpöpumput tulevat halvemmiksi kuin lämmön tuottaminen polttoaineista. Jatkossa lämpöpumppujen tuottamaa lämpötilaa yritetään nostaa vieläkin korkeammaksi.
Sähköinen lämmitys toteutetaan sähköisillä prosessiuuneilla sekä lämpöpumpuilla. Sähköisillä prosessiuuneilla on mahdollista toteuttaa korkean lämpötilan prosessit. Prosessiuunien sähköistystekniikoita ovat infrapuna-, mikroaalto-, radiotaajuus-, induktio-, vastus-, sähkökaari- ja plasmateknologia. Lämpöpumput hyödyntävät lämmönlähteenä prosessin hukkalämpöä, jolloin myös prosessin energiatehokkuus paranee. Lämpöpumpuilla pystytään kattamaan prosessien matala lämmöntarve 150 ˚C lämpötilaan asti.
Sähköisillä sovelluksilla voidaan tehostaa prosessien ominaisuuksia. Sähköisillä prosessiuuneilla pystytään parantamaan prosessin hallittavuutta, joustavuutta ja turvallisuutta. Lisäksi tuotteen laatu ja saanto voivat parantua sekä prosessointiaika lyhentyä. Esimerkiksi metaanin kuivareformointiprosessista saadaan tehokkaampi, kun se toteutetaan sähköisellä sovelluksella. Sähköiset lämmitystekniikat voivat myös hyödyntää mekaanista työtä lämmön tuottamiseen.
Teollisuuden korkean lämpötilan lämpöpumput ovat pääsääntöisesti kompressiolämpöpumppuja. Kaupallisilla lämpöpumpuilla päästään 90–160 ˚C lämpötiloihin. Lämpöpumppuja on saatavilla useissa eri kokoluokissa kymmenistä kW:sta kymmeniin MW:n. Kustannuksiltaan lämpöpumput tulevat halvemmiksi kuin lämmön tuottaminen polttoaineista. Jatkossa lämpöpumppujen tuottamaa lämpötilaa yritetään nostaa vieläkin korkeammaksi.