Mapping of EcoSairila plant energy and material streams for conversion of renewable power to products
Tiainen, Tommi (2024)
Diplomityö
2024
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024070160019
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024070160019
Tiivistelmä
The main objective of this thesis was to research how effectively hydrogen could be produced and utilized from treated wastewater. This thesis was made for MetsäSairila Oy and was supervised by Ramboll Oy. The motive of this study for MetsäSairila was to map the potential of P2X-system to EcoSairila wastewater treatment plant. The goal of this thesis was to find a P2X-process, which could be used for MetsäSairila and perform rough evaluations for its feasibility.
The focus of this thesis was on the hydrogen production from alkaline electrolysis and map the potential uses for its product streams. The thesis was limited for focusing on the product streams and the side streams were only briefly discussed on theoretical level. The rough calculations were done in excel for mass balances, energy balances and cost estimations, and the data for the calculations were provided by EcoSairila and BioSairila.
Theoretical part discusses utilization of wastewater treatment plant as source for hydrogen production and how the products could be used effectively. Methanation was the best suiting process for hydrogen utilization. The practical part consists of mapping the starting values from literature and data from plant site. Calculations and analyzes of the results were performed from starting values. The main results of this thesis were that approximately 55 MW methane production is possible with 100 MW alkaline electrolyser. BioSairilas carbon dioxide outlet is not enough to achieve the demands of the electrolyser, which means that the rest of the CO2 needs to be bought. Main operational expense is the cost of electricity, which can vary and impact feasibility of the researched process. Tämä työn päätavoitteena oli tutkia, miten tehokkaasti vetyä voi tuottaa ja hyödyntää käsitellystä jätevedestä. Työ tehtiin toimeksiantona MetsäSairila Oy:lle. Ramboll Oy oli työn ohjaaja. Tässä työssä oli tehtävänä kartoittaa mahdollinen P2X-järjestelmä EcoSairilan jätevesipuhdistamolle. Työssä oli tavoitteena löytää P2X-prosessi MetsäSairilalle ja tehdä karkeita arvioita prosessin toteuttamiseksi.
Työssä keskityttiin vedyn tuotantoon alkalisilla elektrolyyseillä. Työssä kartoitettiin mahdollisia käyttötarkoituksia vedyn tuotevirroissa. Työ rajoittui tarkastelemaan päätuotevirtoja ja sivuvirrat on käsitelty ainoastaan teoreettisella tasolla. Työssä tehtiin karkeat laskelmat massataseille, energiataseille ja kustannusarviolle taulukkolaskentaohjelmassa. Lähtötiedot laskelmiin saatiin EcoSairilanlta ja BioSairilalta.
Työn teoriaosassa käsiteltiin jäteveden puhdistamoa vedyn tuotannon lähteenä ja sitä, kuinka vedyn tuotannossa saatavia tuotteita voisi käyttää tehokkaasti. Tutkimuksen perusteella metanointi oli parhaiten sopiva prosessi vedyn tuotantoon. Simulaatiolaskelmien perusteella tämän työn keskeinen tulos on, että BioSairila ei pysty tuottamaan tarpeeksi hiilidioksidia 100 MW P2X-tuotantoprosessia varten. Prosessin kannattavuuteen vaikuttaa olennaisesti energian hinta.
The focus of this thesis was on the hydrogen production from alkaline electrolysis and map the potential uses for its product streams. The thesis was limited for focusing on the product streams and the side streams were only briefly discussed on theoretical level. The rough calculations were done in excel for mass balances, energy balances and cost estimations, and the data for the calculations were provided by EcoSairila and BioSairila.
Theoretical part discusses utilization of wastewater treatment plant as source for hydrogen production and how the products could be used effectively. Methanation was the best suiting process for hydrogen utilization. The practical part consists of mapping the starting values from literature and data from plant site. Calculations and analyzes of the results were performed from starting values. The main results of this thesis were that approximately 55 MW methane production is possible with 100 MW alkaline electrolyser. BioSairilas carbon dioxide outlet is not enough to achieve the demands of the electrolyser, which means that the rest of the CO2 needs to be bought. Main operational expense is the cost of electricity, which can vary and impact feasibility of the researched process.
Työssä keskityttiin vedyn tuotantoon alkalisilla elektrolyyseillä. Työssä kartoitettiin mahdollisia käyttötarkoituksia vedyn tuotevirroissa. Työ rajoittui tarkastelemaan päätuotevirtoja ja sivuvirrat on käsitelty ainoastaan teoreettisella tasolla. Työssä tehtiin karkeat laskelmat massataseille, energiataseille ja kustannusarviolle taulukkolaskentaohjelmassa. Lähtötiedot laskelmiin saatiin EcoSairilanlta ja BioSairilalta.
Työn teoriaosassa käsiteltiin jäteveden puhdistamoa vedyn tuotannon lähteenä ja sitä, kuinka vedyn tuotannossa saatavia tuotteita voisi käyttää tehokkaasti. Tutkimuksen perusteella metanointi oli parhaiten sopiva prosessi vedyn tuotantoon. Simulaatiolaskelmien perusteella tämän työn keskeinen tulos on, että BioSairila ei pysty tuottamaan tarpeeksi hiilidioksidia 100 MW P2X-tuotantoprosessia varten. Prosessin kannattavuuteen vaikuttaa olennaisesti energian hinta.