wastelogo.gif (9715 bytes)

Tausta ja tavoite
Ohjelman sisältö
Nykyprojektit
Julkaisut
Seminaarit
Tiedotus
Kansainvälinen
yhteistyö
Yhteyshenkilöt
In English

tekes.gif (1578 bytes)

vtt_rgb1.jpg (2523 bytes)

VTT Prosessit

 

Jätteiden energiakäyttö  Tekesin teknologiaohjelma


AUTONPALOITTELUJÄTTEEN JA RENGASROMUN TERMINEN KONVERSIO ENERGIAKSI JA RAAKA-AINEEKSI

Jussi Ranta, VTT Prosessit, PL 1601, 02044 VTT
puh. (09) 456 5449, faksi (09) 460 493, e-mail: jussi.ranta@vtt.fi

1  Tausta ja tavoitteet

Esitutkimuksessa selvitettiin autonpaloittamojätteen ja kumiromun termistä konversiota energiaksi ja raaka-aineeksi. Suomessa syntyvät jätemäärä on yhteensä noin 50 000 t/a. Jätevirta on marginaalinen, mutta niiden käyttö energiaksi on herättänyt kaikkialla kiinnostusta, koska nämä jätejakeet ovat energiaintensiivisiä (kumiromun lämpöarvo yli 30 MJ/kg ja paloittamojätteenkin 10 - 20 MJ/kg) ja kumiromu varsin puhdasta. Tutkimus tehtiin pääosin kirjallisuusselvityksenä, mutta muutamia alustavia kokeita tehtiin lisäksi laboratoriomitassa erityisesti autonpaloittamojätteellä. Lisäksi kartoitettiin tilanne Suomessa ja arvioitiin, mitkä toimenpiteet voisivat jatkossa olla potentiaalisimmat näiden jätejakeiden hyödyntämiseksi.

2  Tulokset ja johtopäätökset

Rengasromu

Rengasromua on varsin yleisesti käytetty sementtiuunien polttoaineena, joko kokonaisina tai murskana. Sementtiuunin olosuhteet ovat niin ankarat, että renkaiden epäorgaaninen osa sitoutuu sementtiklinkkeriin. Suomessa on ainakin toistaiseksi mahdollista käyttää sementtiuuneissa vain murto-osa syntyvästä rengasromusta. Renkaiden polttoa on kokeiltu myös tavanomaisilla kattilalaitoksilla. Tällöin rengasmurskan on yleensä oltava tasalaatuista. Murskaus varsinkin pieneen kappalekokoon vaatii runsaasti energiaa. Laitoksilla on havaittu teräslangoista aiheutuvia syöttölaiteongelmia joko polttoaineen syötössä tai tuhkanpoistossa. Epäorgaaninen faasi sekoittuu laitoksilla yleensä pääpolttoaineen tuhkaan ja voi myös tätä kautta aiheuttaa lisäongelmia. Maailmalla on tutkittu paljon myös rengasromun pyrolyysiä erilaisin teknisin ratkaisuin. Tällöin tuotteina ovat pyrolyysiöljy, pyrolyysihiili (sisältää myös epäorgaanisen faasin) ja teräs. Öljy voi toimia prosessin polttoaineena, mutta pyrolyysihiilelle on vaikeampi löytää muuta kuin polttoainekäyttöä, vaikka on esitetty, että se voisi korvata neitseellistä nokea.

Rengasromun määrä

Suomessa kertyy käytöstä poistettuja renkaita noin 2,5 milj. kappaletta vuodessa. Määrä, noin 30 000 t/a, vastaa energiasisällöltään noin 20 000 toe. Mielenkiintoiseksi kumiromun polttoaineena tekee energiasta maksettava hinta, joka parhaimmillaan voi olla hyvin kilpailukykyinen pääpolttoaineeseen nähden. Renkaiden energiakäyttöön liittyy kuitenkin lähes aina lisäinvestointeja varastojen, kuljettimien, syöttimien tai jopa reaktorien muodossa.

Käytettyjen renkaiden lisäksi kumiromua syntyy mm. renkaiden valmistuksessa. Pieniä määriä kumijätettä syntyy lisäksi monissa kumialan yrityksissä ja rengaspinnoittamoissa.

Puhtaan kumiromun ohella syntyy julkaisun kumipitoista romua mm. autojen romutuksessa. Jos palavan aineksen osuus on riittävän suuri eikä haitallisia aineita ole päästöjen kannalta liikaa, kumipitoinen romu voidaan hyödyntää energiantuotannossa kumiromun tavoin.

Renkaan koostumus

Renkaiden koostumus riippuu tyypistä ja valmistuspaikasta. Länsimaisissa renkaissa on synteettisten kumilaatujen (butaanidieeni kumi, styreeni-butadieenikumi) osuus korkea. Talvirenkaissa taas luonnonkumia on enemmän kuin kesärenkaissa. Rengas koostuu yli 20 komponentista (kulutuspinta, runko, jne.)

Taulukko 1. Renkaan koostumus.

Raaka-aine

Ristikudos

Teräsvyö

Kumi
Noki
Teräs
Kuitu
ZnO
S
Muut

47
21,5
16,5
5,5
1
1
7,5

43
21
27
-
2
1
6

Käyttö polttoaineena

Kumiromun lämpöarvo vastaa parhaimmillaan lähes polttoöljyä. Eurooppalaisessa ja amerikkalaisessa ympäristössä sementtiuunit ovat tyypillinen ympäristö kumiromun hyötykäytölle: tehtaat säästävät energiakuluissa ja ympäristöongelma tulee samalla hoidettua. Etuna on mahdollisuus syöttää renkaat kokonaisina tai vain karkeasti murskattuna. Myös renkaiden teräs ja mineraaliaines sitoutuvat klinkkeriin. Renkaiden määrä voi myös vaihdella. Tyypillisiä rengasromun analyysiarvoja ovat:

  • lämpöarvo noin 33 MJ/kg
  • tuhkapitoisuus 12 - 15 %
  • tilavuuspaino kokonaisina noin 150 kg/m3, murskattuina noin 450 kg/m3
  • rikkipitoisuus noin 1 %.

Energialaitossektorilla renkaiden hyödyntäminen on jo hankalampaa: kumin palamisominaisuudet ja lämpöarvo voivat poiketa liikaa pääpolttoaineen ominaisuuksista, kappalekoolle asetetaan suurempia vaatimuksia, mineraaliaines ja teräs on mahdollisesti kerättävä erikseen jne. Polton ohella on tutkittu muita vaihtoehtoja, kuten kaasuttaminen ja seoskaasuttamista ja tuotekaasun polttoa kattilalaitoksessa. Poltto on todennäköisin käsittelytapaa erityisesti silloin, kun renkaiden käytöstä saadaan selvää säästöä polttoainekustannuksissa. Yhdysvalloissa ja Englannissa voi renkaita energiantuotannossa käyttävä saada sähköstä erityishinnan tai rakennettavat laitokset voivat saada muuta tukea. Renkaista valmistettu sähkö ei sellaisenaan, ilman subventiota, voi tarvittavien lisäinvestointien takia olla kilpailukykyistä, vaan on jopa 50 % kalliimpaa kuin hiilisähkö.

Rengasromun käyttö polttoaineena esimerkiksi sementtiuuneissa tai selluteollisuuden kattiloissa (syklonipesät ja leijukerroskattilat) on mahdollista ja varsin yleistäkin sekä Yhdysvalloissa että Euroopassa, mutta siihenkin liittyy lisäkustannuksia, kuten kumin murskaus, kuljetus ja varastointi, mahdolliset päästöongelmat, prosessin säätöongelmat ja esimerkiksi tuhkan laatuongelmat ja siitä aiheutuvat ympäristöhaitat.

Taulukko 2. Rengasromun ja vertailupolttoaineiden polttoaineominaisuuksia.

Materiaali

Lämpöarvo
MJ/kg

Kosteus
%

"Tuhka"
%

S
%

Cl
%

Tilavuuspaino kg/m3

Kumirouhe
Rengasmurska

Turve
Kivihiili

39
32

19
25

0,5
1

40
5

4,3
12

5
15

1,9
1,2

0,1
1

0,03

0
0,1

390
400

350

Yhteenvetona voidaan sanoa, että sementtiuunit ovat osoittautuneet varsin tehokkaiksi tiettyjen jätetyyppien, mm. kumiromun ja muoviromun, hävittämisessä. Sementtiuunien etuna on, että tuhkia ei synny, vaan epäorgaaninen aines sitoutuu sulamisprosessin kautta sementtiklinkkeriin. Kun vaihtoehtoisten polttoaineiden sisältämän epäorgaanisen aineen määrä on monesti jopa alempi kuin kivihiilen, ovat hivenainemäärät lopputuotteessa samalla tasolla tai alemmat kuin kivihiiltä käytettäessä. Myös savukaasupuolella on vaihtoehtoisten polttoaineiden kohdalla mahdollista päästä alemmalle tasolle kuin kivihiilen tapauksessa.

Kokeita suomalaisissa kattilalaitoksissa

Suomessa on rengasmurskan polttamisesta seospolttoaineena kokemusta ainakin Enson Anjalankosken laitoksella. Laitoksella on ns. palkkiarina, jossa karkean aineksen poisto on erityisen tehokasta. Alustavissa kokeissa havaittiin, että materiaalin poistoa patjasta joudutaan rengasajossa huomattavasti lisäämään kivihiilipolttoon verrattuna. Koeajoissa keväällä 1998 muodostui ongelmia suorista, noin 15 cm:n mittaisista langanpätkistä, joita ei onnistuttu poistamaan petistä. Muita kokeiluja on tehty Imatran Voima Oy:n Kauttuan laitoksella ja UPM Kymmenen Voikkaan tehtaalla (Rengaskierrätys 1997).

Yhteenvetona voidaan todeta, että rengasromua voidaan polttaa seospolttoaineena selluteollisuuden kattiloissa tai muissa sopivissa polttolaitoksissa. Ongelmia saattaa kuitenkin syntyä, jos pääpolttoaine on kovin erityyppistä esimerkiksi kuorta, jolloin kattilan tuhkan laatu voi olennaisesti muuttua.

Autopaloittamojäte, ASR=Auto Shredding Residue

Autopaloittamojäte on ei-metallisten, auton valmistuksessa käytettävien materiaalien seos, tyypillisinä esimerkkeinä muovit, tekstiilit ja kumit. Tällaisen jätteen haitta-ainepitoisuudet ovat suurempia kuin kumiromun kohdalla. Tyypillistä on esimerkiksi noin 1 %:n klooripitoisuus. On esitetty, että melko yksinkertaisen mekaanisen käsittelyn avulla autonpaloittamojätteen haitta-ainepitoisuutta voitaisiin alentaa ja polttoainearvoa nostaa. Tällöin 1/3 - 1/2 paloittamojätteestä voitaisiin polttaa esimerkiksi sementtiuunissa, ja metallien talteenottoastetta voitaisiin samalla nostaa prosessista riippuen. Toinen mahdollisuus on polttaa paloittamojäte seospolttona muun polttoaineen joukossa. Luokitellun paloittamojätteen käsittely ja syöttö ei aiheuttane ongelmia. Myös paloittamojätteen osalta on selvitetty pyrolyysivaihtoehtoa. Tällöin on mahdollista sopivassa ympäristössä nostaa materiaalien kierrätysastetta.

Autopaloittamojäte Suomessa (Kuusakoski Oy)

Kuusakoski Oy:n prosessi esitetään kuvassa 9. ASR:n muodostavat kaksi jätevirtaa:

  • ilmaluokittelijan fluffi
  • UK-kumi, upotus-kellutuslaitokselta.

Normaalitapauksessa jakeet yhdistetään ja viedään kaatopaikalle. Fluffin määrä on noin 10 000 t/a ja UK-kumin noin 8 000 t/a.

Fluffin ja UK-kumin ominaisuudet

Esitutkimuksessa otettiin näytteitä Kuusakoski Oy:n Heinolan laitoksella siten, että n. 0,5 - 1 m3 kerättiin kauhakuormaajalla kummassakin tapauksessa hihnan päästä tippuvasta materiaalivirrasta kokonaisnäytteenä. Neliöimällä näyte jaettiin sopivan kokoiseksi (30 l). Fluffin kokonaisnäytteen määrä oli noin 230 kg. Käsin lajittelemalla tästä valmistettiin joukko erillisfraktioita, joita olivat kumi, muovi, vaahtomuovi, puu, metalli ja "muju".

Suurimman fraktion muodosti tässä tapauksessa epämääräinen "muju", jota manuaalisesti ei pystytty luokittelemaan. "Muju" koostuu kuitenkin pääasiassa hiekasta, lasista, ruosteesta, jne.

Lajittelematon fluffinäyte jauhettiin ja analysoitiin. analyysien tulokset on esitetty taulukossa 3.

Taulukko 3. ASR:n ja vertailupolttoaineiden polttoaineominaisuudet.

Materiaali

Lämpöarvo
MJ/kg

Kosteus
%

"Tuhka"
%

S
%

Cl
%

Til.paino
kg/m3 *

Fluffi, >8 mm
Fluffi, <8 mm
UK-kumi

Turve
Kivihiili

13,7
0
21,2

19
25

10
12
7

40
5

50
80
24

5
15

0,3
0,4
0,7

0,1
1

0,8
0,5
3,2

0
0,1

150

380

350

* Jauhettujen näytteiden (<10 mm) tilavuuspainot olivat vastaavasti fluffille 280 kg/m3 ja UK-kumille 465 kg/m3.

Mekaanisella erotuksella fluffista voidaan erottaa energiaintensiivinen osa, jonka polttoainekäyttö on mahdollista. On kuitenkin huomattu, että fluffin laatu voi vaihdella melkoisesti.

wpe8.jpg (44640 bytes)

 

3  Organisaatio ja yhteystiedot

Vastuullinen johtaja
Erikoistutkija Jussi Ranta
VTT Prosessit
PL 1601
02044 VTT
Puh. 09-456 5449
jussi.ranta@vtt.fi

Projektin kesto
1.5.1997-30.5.1998

Rahoitus
Kokonaisrahoitus 430 kmk
Tekes 180 kmk, VTT 150 kmk, yritykset 100 kmk.

Hankkeen päärahoittajat olivat Tekes, VTT Prosessit, Nokian Renkaat Oy, Rengaskierrätys Oy ja Kuusakoski Oy. Myös Autotuojat ry. ja FinReci Oy rahoittivat työtä

Osallistujat/johtoryhmä
Lassi Hietanen, VTT Prosessit
Hannu Laaksonen, Ympäristöministeriö
Kari Mäkelä, FinReci Oy
Tarja-Liisa Perttala, Tekes
Pekka Puputti, Autotuojat ry.
Kai Sipilä, VTT Prosessit
Harry Sjöberg, Rengaskierrätys Oy
Pia Tirronen, Nokian Renkaat Oy
Antero Vattulainen, Kuusakoski Oy

4  Raportit

Jussi Ranta, Autonpaloittelujätteen ja rengasromun terminen konversio energiaksi ja raaka-aineeksi, VTT tiedotteita 1960, 81p. + app. 19p., Espoo 1999.

Päivitetty 7.8.2002