Kaasutuksessa muodostuvien hiilijäännösten hyödyntäminen – Aktivointi, karakterisointi ja käyttö adsorbenttinä

Väitöstyössä tutkittiin puun kaasutuksessa muodostuvien hiilijäännösten hyötykäyttöä vesien puhdistuksessa. Jätemateriaaleja käsiteltiin kemiallisesti ja fysikaalisesti eri menetelmillä niiden ominaisuuksien parantamiseksi. Käsiteltyjen materiaalien kykyä poistaa jätevesissä tyypillisesti esiintyviä ravinteita (fosfaatti, nitraatti) sekä mm. kaivosteollisuudessa muodostuvia sulfaattipitoisia vesiä tutkittiin. Tutkimuksessa havaittiin, että sekä fysikaalisesti hiilidioksidilla että kemiallisesti sinkkikloridilla aktivoitu hiilijäännös poistaa fosfaattia paremmin kuin kaupallinen aktiivihiili ja myös nitraatin poistotehoa saadaan parannettua käsittelyllä. Kemiallisesti rautakloridilla modifioitu hiilijäännös poistaa sulfaattia paremmin kuin kaupallinen aktiivihiili.

Puun kaasutuksella voidaan tuottaa sähköä ja lämpöä, ja toisaalta kaasusta voidaan katalyyttien avulla valmistaa kemikaaleja ja biopolttoaineita. Kaasutuksessa muodostuu hiilijäännöstä, jonka hyödyntäminen on tärkeää kaasutusprosessin kustannustehokkuuden parantamiseksi.

Nykyinen lainsäädäntö määrittelee hiilijäännöksen jätteeksi ja asettaa vaatimuksia sen hyödyntämiselle. Tietyissä kaasutusprosesseissa muodostunut hiilijäännös muistuttaa ominaisuuksiltaan aktiivihiiltä, jota on tyypillisesti käytetty monenlaisissa sovelluksissa adsorbenttinä mm. jäte- ja juomaveden puhdistukseen. Aktiivihiili on kuitenkin kallista ja sen valmistaminen on energiaa kuluttava prosessi, mikä rajoittaa sen käyttöä joissain tapauksissa. Tämän vuoksi tarvitaan uutta tietoa myös adsorbenttien valmistamiseen soveltuvista vaihtoehtoisista biomassapohjaisista, paikallisista raaka-aineista tai jätemateriaaleista ja niiden fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista.

Hiilijäännöksen adsorptio-ominaisuudet eivät tyypillisesti ole yhtä hyviä kuin aktiivihiilellä, mutta ominaisuuksia voidaan parantaa fysikaalisella tai kemiallisella aktivoinnilla tai kemiallisella modifioinnilla, kuten tehty tutkimus osoittaa. Työssä tutkittiin eri käsittelymenetelmien vaikutusta hiilijäännöksen adsorptiokykyyn. Valmistettujen adsorbenttien adsorptiokykyä fosfaatin, nitraatin ja sulfaatin poistossa tutkittiin laboratoriomittakaavassa. Adsorptiokokeissa määritettiin optimaalinen alku pH ja alkukonsentraatio ja lisäksi tutkittiin ajan vaikutusta adsorptioon. Tulosten perusteella tehtiin kinetiikkamallinnusta sekä isotermianalyysi.