ºÚÁÏÍø

Väitöskirjan nimi: Oxy-fuel combustion retrofits for flexible low-carbon power and heat generation: Integration of electrolysis to waste-to-energy and CCGT plants   

³Õä¾±³Ù³Ù±ð±ô¾±Âáä: Matthias Re
³Õ²¹²õ³Ù²¹±¹Ã¤¾±³Ù³ÙäÂáä: Prof. Cataldo De Blasio, Ã…bo Akademi, Suomi
Kustos: Prof. Mika Järvinen, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu 

Suomi tavoittelee hiilineutraaliutta vuoteen 2035 mennessä. Tavoitteen saavuttaminen edellyttää edistystä useilla eri sektoreilla, mukaan lukien uusia keinoja vähentää lämmön- ja sähköntuotannon päästöjä energiaturvallisuudesta tinkimättä. Uusiutuvan sähkön tuotanto kasvaa nopeasti, ja samalla myös vihreän vedyn tuotannon odotetaan lisääntyvän. Uusiutuvan sähkön tuotanto on kuitenkin sääriippuvaista, kun taas lämmön ja sähkön saatavuuden on pysyttävä jatkuvasti turvattuna erityisesti kylminä ajanjaksoina Suomen kaltaisissa maissa. Tämän vuoksi olemassa olevilla lämpövoimalaitoksilla on edelleen tärkeä rooli energiajärjestelmän tasapainottamisessa ja kaukolämmön toimitusvarmuuden ylläpitämisessä. Vihreää vetyä tuotetaan elektrolyysillä, jossa vesi hajotetaan vedyksi ja hapeksi. Vaikka vedyllä on tärkeä rooli tulevaisuuden vähähiilisessä teollisuudessa, prosessissa sivutuotteena syntyvät suuret happimäärät jäävät usein vähälle huomiolle.

Väitöskirjassa tutkitaan, kuinka olemassa olevia jätteenpolttoon perustuvia yhdistetyn sähkön ja lämmön tuotantolaitoksia sekä maakaasukäyttöisiä kombivoimalaitoksia voidaan muuntaa elektrolyysiin integroiduiksi happipolttolaitoksiksi. Happipoltto on hiilidioksidin talteenottoteknologia, jossa polttoaine poltetaan ilman sijasta puhtaalla hapella. Tämä luo mahdollisen synergian vedyn tuotannon sekä vähähiilisen lämmön- ja sähköntuotannon välille.

Tutkimuksessa arvioitiin sekä näiden retrofit -ratkaisujen teknistä suorituskykyä että taloudellista kannattavuutta tulevaisuuden vähähiilisissä energiajärjestelmissä. Tulokset osoittavat, että muunnetut järjestelmät voivat ottaa talteen lähes kaikki tutkittujen laitosten hiilidioksidipäästöt samalla, kun ne jatkavat kaukolämmön tuotantoa ja joustavaa sähköntuotantoa. Lisäksi elektrolyysin integrointi mahdollistaa samanaikaisen vedyn tuotannon ja lisää järjestelmän hukkalämmön hyödyntämistä. Talteen otettujen hiilidioksidivirtojen puhtaus on noin 98–99 %.
Väitöskirja osoittaa myös, että hiilidioksidin talteenoton ja vedyn tuotannon yhdistäminen muuttaa lämpövoimalaitosten roolia perustavanlaatuisesti. Perinteisen  sähköntuotannon sijaan muunnetut laitokset voivat toimia joustavina energiajärjestelminä, jotka tukevat uusiutuvan energian integrointia, kaukolämmön toimitusvarmuutta ja pitkän aikavälin päästövähennyksiä.
Avainsanat: happipoltto, elektrolyysi, vety, AspenPlus, yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto, yhdistetyn kierron kaasuturbiini, hukkalämmön talteenotto, kannattavuusraja, voitto, uusiutuvan energian sähköverkko-integraatio

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): .

Yhteystiedot: matthias.re@aalto.fi