Järviruokobiohiilen ominaisuudet
Tornikoski, Jerome (2022)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202204276156
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202204276156
Tiivistelmä
Työssä tutkitaan järviruo’on (Phragmites australis) soveltuvuutta biohiileksi. Järviruo’olle on useita käyttökohteita, mutta biohiili on uudentyyppinen käyttökohde. Suomessa ei tiettävästi ole järviruo’osta tehty biohiiltä tutkimuksellisin menetelmin, mutta ulkomailta opinnäytetyötä varten löytyi kirjallisesti saatavilla olleita tutkimuksia järviruokobiohiilestä analyyseineen, jotka ovat tämän tutkimuksen pohja. Biohiili on yleensä kasvibiomassasta muodostunutta pyrogeenistä hiiltä, joka valmistetaan korkeassa lämpötilassa hapettomissa olosuhteissa pyrolyysitekniikalla. Biohiilelle on paljon kysyntää, jonka odotetaan tulevaisuudessa kasvavan. Kasvulle todennäköisesti syynä ovat biohiilen moninaiset käyttökohteet, kehittynyt pyrolyysitekniikka ja ilmastonmuutos, jota voidaan hillitä biohiilellä.
Biohiilletyksessä ruokobiohiilen saantiosuus laskee, mitä korkeammassa lämpötilassa se on valmistettu ja samalla tuhkapitoisuus nousee. Tuhkapitoisuus on suurta ruokobiohiilessä noin 10 % riippuen valmistuslämpötilasta. Ruokobiohiilen saannin pienentyminen korkeissa lämpötiloissa selittyy biohiilen sisältävien haihtuvien aineiden haihtumisena. Korkeissa lämpötiloissa ruokobiohiilen aromaattisuus kasvaa, mikä tarkoittaa biohiilille tyypillisen hiilirakenteen muodostumista. Aromaattisuutta arvioidaan mm. H/C-atomisuhdeluvulla, joka ruokobiohiilellä on hyvä, kun ruokobiohiili on valmistettu vähintään 450°C lämpötilassa. Hiilenpysyvyyttä on arvioitu ruokobiohiilessä O/C-atomisuhdeluvun kautta, minkä perustein voidaan todeta, että ruokobiohiilen hiilen pysyvyys voi olla satoja vuosia etenkin, kun ruokobiohiili on valmistettu 450°C tai korkeammassa lämpötilassa. Suhdeluvut pienenevät, mitä korkeammassa
lämpötilassa biohiili on valmistettu, jolloin hiilen aromaattisuus ja pysyvyys kasvavat.
Ominaispinta-ala, joka on biohiilen tärkeimpiä fysikaalisia parametreja, on ruokobiohiilellä pieni 1,23–2,45 m2/g. Toisaalta pinta-alaa voidaan korottaa erityisillä aktivointimenetelmillä biohiilen valmistuksessa, mutta tällaisestä ei ole kokemuksia ruokobiohiilen osalta.
Mahdollisia käyttökohteita ruokobiohiilelle on erityisesti hiilikompensaatio, joka voisi olla ratkaisu järviruo’on hyödyntämisen kustannusrakenteeseen. Toinen potentiaalinen käyttökohde on käyttää ruokobiohiiltä hiilipolttokennon polttoaineena. Tästä on saatu laboratorio-olosuhteissa hyviä kokemuksia. Myös terästeollisuuden fossiilisen hiilen voi mahdollisesti ruokobiohiili korvata.
Biohiilletyksessä ruokobiohiilen saantiosuus laskee, mitä korkeammassa lämpötilassa se on valmistettu ja samalla tuhkapitoisuus nousee. Tuhkapitoisuus on suurta ruokobiohiilessä noin 10 % riippuen valmistuslämpötilasta. Ruokobiohiilen saannin pienentyminen korkeissa lämpötiloissa selittyy biohiilen sisältävien haihtuvien aineiden haihtumisena. Korkeissa lämpötiloissa ruokobiohiilen aromaattisuus kasvaa, mikä tarkoittaa biohiilille tyypillisen hiilirakenteen muodostumista. Aromaattisuutta arvioidaan mm. H/C-atomisuhdeluvulla, joka ruokobiohiilellä on hyvä, kun ruokobiohiili on valmistettu vähintään 450°C lämpötilassa. Hiilenpysyvyyttä on arvioitu ruokobiohiilessä O/C-atomisuhdeluvun kautta, minkä perustein voidaan todeta, että ruokobiohiilen hiilen pysyvyys voi olla satoja vuosia etenkin, kun ruokobiohiili on valmistettu 450°C tai korkeammassa lämpötilassa. Suhdeluvut pienenevät, mitä korkeammassa
lämpötilassa biohiili on valmistettu, jolloin hiilen aromaattisuus ja pysyvyys kasvavat.
Ominaispinta-ala, joka on biohiilen tärkeimpiä fysikaalisia parametreja, on ruokobiohiilellä pieni 1,23–2,45 m2/g. Toisaalta pinta-alaa voidaan korottaa erityisillä aktivointimenetelmillä biohiilen valmistuksessa, mutta tällaisestä ei ole kokemuksia ruokobiohiilen osalta.
Mahdollisia käyttökohteita ruokobiohiilelle on erityisesti hiilikompensaatio, joka voisi olla ratkaisu järviruo’on hyödyntämisen kustannusrakenteeseen. Toinen potentiaalinen käyttökohde on käyttää ruokobiohiiltä hiilipolttokennon polttoaineena. Tästä on saatu laboratorio-olosuhteissa hyviä kokemuksia. Myös terästeollisuuden fossiilisen hiilen voi mahdollisesti ruokobiohiili korvata.