Uusiutuvan vedyn tuotanto sellutehtaalla

Abstract

Selluteollisuus on merkittävä työllistäjä Suomessa, ja tehtaat ovat kiertotalouden suunnannäyttäjiä. Puusta valmistetaan sellua kemiallisilla, termisillä tai mekaanisilla menetelmillä. Eniten käytetään kemiallista sulfaattimenetelmää, jossa periaatteena on erottaa puusta kuituja sitovaa ligniiniä keittämällä. Sulfaattiprosessi voidaan karkeasti jakaa kahteen osaan, kuitulinjaan ja kemikaalikiertoon. Kuitulinja kattaa sellun tuotantoon liittyvät prosessit, ja siellä syntyvät jätteet käsitellään kemikaalikierrossa. Keitossa syntyvää jätelientä kutsutaan mustalipeäksi, ja se poltetaan soodakattilassa lämpö- ja sähköenergiaksi. Tällaisen suljetun kierron ansiosta tehtaat ovat omavaraisia energian suhteen.

Ilmastotavoitteet, kestävä kehitys ja energiamurros ovat megatrendejä, jotka vaikuttavat myös sellutehtaiden toimintaan. Fossiiliset polttoaineet korvataan uusiutuvilla biopolttoaineilla, ja päästöjen talteenottoon kiinnitetään huomiota. Uusimpien tehtaiden tavoitteena on hyödyntää puun raaka-aine 100-prosenttisesti erilaisiksi biotuotteiksi. Perinteisiä selluteollisuuden sivutuotteita ovat mäntyöljy, tärpätti ja bioenergia. Tuotevalikoima on aikojen saatossa laajentunut, ja uusia tuotteita kehitetään edelleen. Näitä ovat mm. biopolttoaineet, kuten metanoli ja biodiesel, joita voidaan jalostaa keitossa syntyvistä hajukaasuista. Opinnäytetyössä perehdyttiin sulfaattiprosessiin ja pohdittiin vedyn tuotannon mahdollisuutta sellutehtaalla.

Vetytalous on konsepti, jossa uusiutuvalla tai päästöttömällä energialla tuotettu vety hyödynnetään tehokkaasti liikenteen ja teollisuuden polttoaineena. Elektrolyysillä tuotettu vety mahdollistaisi myös sähköenergian varastoinnin, mikä olisi mullistavaa uusiutuvalle energiajärjestelmälle. Tällä hetkellä vedyn tuotanto ei ole kestävällä pohjalla, sillä suurin osa siitä tuotetaan fossiilisesti. Vihreän vedyn tuotannon odotetaan kuitenkin kasvavan, mikäli vedylle nousee kysyntää. Vetyä on mahdollista tuottaa sellutehtaalla joko kaasutustekniikalla tai elektrolyysillä. Kannattavin vaihtoehto on elektrolyysi, mikäli sähköä on tehtaalla ylimäärin käytössä. Sivutuotteena syntyy happea, joka voidaan hyödyntää kuitulinjan prosesseissa.

Climate change, sustainable development and energy transition are megatrends that also affect the pulp mills. Fossil fuels are replaced by renewable biofuels, and attention is paid to emissions. The goal is to utilize 100 % of the raw wood into various bioproducts. The traditional by-products of the pulp industry are tall oil, turpentine, and bioenergy. The range of products has expanded over time, and new products are being developed. These include various biofuels, such as methanol and biodiesel, which can be refined from the odorous gases generated in cooking. In this thesis, we consider the possibility of producing hydrogen at a pulp mill.

The hydrogen economy is a concept in which hydrogen produced with renewable energy is efficiently utilized as a fuel in society. Hydrogen produced by electrolysis would enable the storage of electricity, which would be revolutionary for the transitioning energy system. Currently, hydrogen production is not sustainable, as it is mostly produced by fossil fuels. However, the production of green hydrogen is expected to grow if the demand for hydrogen increases. It is possible to produce hydrogen at pulp mills, either by gasification or electrolysis. The most profitable option is electrolysis if excess electricity is at hand.