Fossiilisten polttoaineiden käytön vähentäminen energiantuotannossa on johtanut uusiutuvan energian kasvavaan kysyntään, kun yhteiskunnat pyrkivät torjumaan ilmastonmuutosta. Ilmastopolitiikassa kasvihuonekaasupäästöjä vähennetään useilla lähestymistavoilla, kuten hiilipäästöjen hinnoittelulla, uusiutuvien energialähteiden ja energiatehokkuuden lisäämisellä. Yksi merkittävistä keinosta on ollut lisätä biomassan käyttöä energiantuotannossa. Biomassan polttaminen tuottaa kuitenkin huomattavia pienhiukkaspäästöjä (PM1) erityisesti pienissä polttolaitteissa, joissa palamisolosuhteet eivät ole kontrolloituja, ja joissa ei käytetä savukaasujen puhdistinlaitteita. Ulkoilmaan pääsevät pienhiukkaset vaikuttavat ilmakehän säteilypakotteeseen ja aiheuttavat terveyshaittoja.
MSc Julija Grigonyte-Lopez Rodriguezin väitöstutkimuksen tavoitteena oli arvioida uudenlaisen lämmönvaihdintekniikan soveltuvuutta pienhiukkaspäästöjen vähentämiseen pienissä puunpolttolaitteissa. Hiukkaspäästöjen vähentäminen lämmönvaihdinjärjestelmässä perustui kahteen eri tekniikkaan; kondensoivaan lämmönvaihtimeen, jossa pienhiukkasia poistetaan termoforeettisilla voimilla, ja sähköiseen koronavaraajaan, jonka avulla hiukkasia poistetaan sähköisillä voimilla. Tutkimuksessa verrattiin uudenlaisella lämmönvaihdinjärjestelmällä varustetun pienkattilan ja tavanomaisen kaupallisen biomassakattilan päästöjen fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia. Lisäksi verrattiin jatkuvatoimisten- ja panospolttoisten laitteiden kaasu- ja pienhiukkaspäästöjä.
Jatkuvatoimisilla pienpolttolaitteilla pienhiukkaspäästöt olivat välillä 15-23 mg / MJ poltettaessa pellettejä ja haketta. Pienhiukkasten koostuivat kemiallisesti pääosin alkalimetallien suoloista, mutta sisälsivät myös sinkkiä. Havupuun (kuusiklapit) ja lehtipuun (pyökki- ja koivuklapit) panospoltosta peräisin olevat PM1-päästöt olivat välillä 49-90 mg / MJ. Kuusen polttaminen aiheutti pienimmät PM1-päästöt verrattuna lehtipuun polttamiseen. Kuusen poltosta peräisin olevien pienhiukkasten hallitsevat jakeet olivat alkuainehiiltä (~ 50% PM1: n kokonaismassasta), orgaanista hiiltä ja epäorgaanisia aineita (Na, Zn, Fe ja K). Nykyaikaisten kattiloiden pienhiukkaspäästöt olivat maltillisia verrattuna tulisijoihin.
Kondensoivan lämmönvaihtimen käyttö vähensi PM1:tä 40 prosenttia verrattuna kattilaan, jossa oli käytössä tavanomainen lämmönvaihdin. Integroidulla kondensoivalla lämmönvaihtimella ja hiukkasten sähköisellä varaajalla saavutettiin 82 prosentin PM1-päästöjen vähentämistehokkuus verrattuna tavanomaiseen kattilaan. Pienhiukkaspäästöjen vähentäminen pienissä puunpolttolaitteissa on yhä merkityksellisempää uuden ekosuunnitteludirektiivin asettamien tiukempien päästörajojen myötä. Siksi päästöjen vähentämistekniikoita ja niiden sovelluksia erilaisissa pienimuotoisissa polttoyksiköissä olisi tutkittava edelleen, koska ne saattavat tarjota kustannustehokkaan ja tehokkaan vaihtoehdon käytettävissä olevien kattiloiden tai uunien päästöjen vähentämiseen.
MSc Julija Grigonyte-Lopez Rodriguezin ympäristötieteen alaan kuuluva väitöskirja Reduction of fine particle emissions from small-scale wood combustion using a novel heat exchanger system tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa 4.12. Kuopiossa ja verkossa. Vastaväittäjänä toimii Laboratory Support Scientific Consultant, PhD Terttaliisa Lind, Paul Scherrer Institut, Sveitsi, ja kustoksena professori Jorma Jokiniemi, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuuden kieli on englanti.
Lisätietoja: Julija Grigonyte-Lopez Rodriguez, p. 040 539 0090, julija.grigonyte (a) uef.fi
Väittelijän painolaatuinen kuva
Väitöskirja verkossa (tulossa)
