Hiilidioksidin talteenotto ja hyödyntäminen metsäteollisuuden integraatissa

Abstract

Sellu- ja paperiteollisuudella on tunnistettu olevan merkittävä potentiaali biogeenisen hiilidioksidin talteenottoon, varastointiin ja hyötykäyttöön Suomessa. Tuotantolaitosten hiilidioksidivaroja voidaan varastoinnin sijaan hyödyntää tehtaiden omissa prosesseissa tai jatko-jalostaa power-to-X-prosesseja hyödyntäen.

Diplomityössä esitellään hiilidioksidin talteenoton ja hyötykäytön mahdollisuuksia metsäte-ollisuusintegraatissa Stora Enson Imatran tehtaiden näkökulmasta. Työssä on esitelty tehtaiden hiilidioksidin lähteet ja perehdytty tarkemmin kohteisiin soveltuviin talteenottoteknologioihin. Hyödyntämismahdollisuuksien osalta on keskitytty integraatista löytyviin käyttökohteisiin, minkä lisäksi on esitelty hiilidioksidin jatkojalostuksen mahdollisuuksia sekä käyttökohteita muilla teollisuuden aloilla. Esiteltyjen konseptien vaikutusta tehtaan sähkön- ja höyrynkulutukseen on tutkittu Microsoft Excel – pohjaisella laskentatyökalulla.

Tehtaan suurimmat hiilidioksidin lähteet ovat soodakattilat, meesauunit sekä kuorikattila, joille on kaupallisesti saatavilla erilaisia kaasujen erotusteknologioita. Merkittävin talteen-ottopotentiaali osoittautui olevan soodakattiloilla mutta talteenottolaitteiston energiankulutuksen näkökulmasta meesauunit näyttäytyivät parempana vaihtoehtona. Tehtaan nykyinen hiilidioksidin käyttö on vähäistä verrattuna savukaasuista erotettavissa olevaan määrään mutta teknisesti käyttöpotentiaalia olisi enemmän. Nykyisten hiilidioksidimarkkinoiden sekä kuljetus- ja varastointimahdollisuuksien valossa kaasun ulosmyynti todettiin haasta-vaksi. Kaasun jatkojalostus tehtaalla todettiin houkuttelevaksi vaihtoehdoksi mutta lisätut-kimusta vaadittaisiin erityisesti uusiutuvan sähkön saatavuuden osalta.

The pulp and paper industry has been identified to have significant potential for the capture, storage, and utilization of biogenic carbon dioxide in Finland. Instead of storage, the carbon dioxide reserves of production facilities can be utilized in the factories' own processes, or they can be further processed using power-to-X processes.

The thesis presents the possibilities of carbon capture and utilization in a forest industry integration from the perspective of Stora Enso's Imatra mills. The thesis also introduces the carbon dioxide sources of the mills and delves into the suitable capture technologies. Regarding utilization possibilities, the focus is on the usage opportunities found within the integration. In addition, the possibilities of further processing and usage of carbon dioxide in other industrial sectors are presented. The impact of the presented concepts on the factory's electricity and steam consumption has been examined using a Microsoft Excel-based calculation tool.

The largest carbon dioxide sources in the factory are recovery boilers, lime kilns, and bark boiler, for which various gas separation technologies are commercially available. The most significant capture potential was found to be in the recovery boilers, but from the perspective of the energy consumption of the capture process, lime kilns appeared to be a better option. The current usage of carbon dioxide in the factory is minimal compared to the available capacity in the flue gases, but there is more technical usage potential. Considering the current carbon dioxide markets as well as transportation and storage possibilities, selling the gas was found to be challenging. On-site gas processing was identified as an attractive option, but further research is needed, especially regarding the availability of renewable electricity.