Techno-economic evaluation of significant CO2 emission reductions in the iron and steel industry with CCS

Julkaisun otsikon käännös: Teknistaloudellinen arviointi terästeollisuuden CO2-päästöjen vähentämisestä CCS:llä

Antti Arasto

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Terästeollisuus vastaa noin 6 % globaaleista ihmisen aiheuttamista päästöistä ja on siten globaalisti yksi suurimmista teollisista CO2-päästäjistä. Euroopan komission esittämät uudet, kunnianhimoisemmat päästövähennystavoitteet aiheuttavat nousupaineita päästöoikeuksien hintoihin. Lukuisia erilaisia hiilidioksidipäästöjen vähentämismenetelmiä, kuten energiatehokkuus, biopohjaiset pelkistimet, vety ja CCS, on ollut esillä terästeollisuuden hiili-intensiivisyyden vähentämiseksi. Kaikkia näistä ei kuitenkaan voida soveltaa yleisimpään teräksentuotantoprosessiin, joka perustuu masuuniin, ja kaikilla näillä vaihtoehdoilla on lisäksi hyviä ja huonoja piirteitä. CCS on tällä hetkellä ainoa vaihtoehto, jolla terästeollisuuden hiilidioksidipäästöjä voidaan merkittävästi vähentää. Koko prosessiketjun kattavaa arviointia on tässä sovellettu hiilidioksidin talteenoton ja varastoinnin soveltamiseen terästeollisuudessa, jotta eri teknologiavaihtoehtoja voitaisiin vertailla ja luoda teknologiapolku vähähiiliseen terästuotantoon tulevaisuuden hiilivapaaseen talouteen siirryttäessä. Teknistaloudellisen arvioinnin avulla luotiin myös tietopohjaa paikallisille terästuottajille päätöksenteon tueksi. Arvio tehtiin kahdelle eri CO2-talteenottoteknologialle, jotka ovat CO2-talteenotto pesurilla savukaasuista ja happimasuuni savukaasun kierrätyksellä ja CO2-erotuksella. Prosessit mallinnettiin Aspen Plus -prosessisimulaattorilla ja tähän perustuva taloudellinen arvio tehtiin CC-SkynetTMtyökalulla käyttäen kahta indikaattoria: CO2-päästöoikeuden rajahinta sekä CCS:n soveltamisen vaikutus teräksen tuotantokustannuksiin. Koko CCS-ketjun kattava arviointi sisältää CO2:n talteenoton, prosessoinnin, kuljetuksen ja varastoinnin. Arvioinnin perusteella voitiin todeta, että terästeollisuudessa on merkittävä tekninen CO2-vähennyspotentiaali. Sovellettaessa happimasuunivaihtoehtoa tarvittiin olemassa olevaan prosessiin suurempia muutoksia kuin sovellettaessa talteenottoa savukaasuista. Erilaisia vaiheistetun soveltamisen ja investoinnin toteutuspolkuja teknologioille tarkasteltiin, jotta investoinnin riskiä saataisiin minimoitua. Vain laivakuljetusta tarkasteltiin vaihtoehtona CO2-kuljetukselle, koska kohde sijaitsee rannikolla ja kaukana varastointikohteista. Tulokset näyttävät investointien kannattavuuden ja kustannusrakenteen. CCS:n soveltamisen rajahintaa arvioitiin laitoksen omistajan ja vältettyjen päästöjen näkökulmasta. Suorat päästöt vähenivät teknologioita soveltamalla 0,28–2,93 Mt CO2/a. Merkittävämmät päästövähennysmäärät vastaavat 48–73 % laitoksen suorista päästöistä. Nettopäästövähenemä on noin 45–62 % laitoksen suorista päästövähennyksistä. Päästövähennyskustannuksia arvioitiin laitoksen omistajan näkökulmasta suurimman osan ollessa 40–70 €/t CO2. Happimasuuni savukaasun kierrätyksellä oli hieman halvempi kuin CO2:n talteenotto savukaasuista. Kuten tuloksista selviää, päästövähennysten rajakustannukset ovat hyvin herkkiä useille kustannustekijöille, jotka ovat erittäin epävarmoja tämänkaltaisen investoinnin pitoaikana. Tuloksista selviää myös, että CCS:n soveltaminen ja sen kustannukset vaihtelevat hyvin paljon riippuen sovelluskohteesta, sen erityispiirteistä ja toimintaympäristöstä sekä myös tarkastelun rajauksista ja oletuksista. Erityisesti vaikutukset energiantuotantoon ja siten energiajärjestelmään vaikuttavat merkittävästi nettopäästövähenemiin.
    Julkaisun otsikon käännösTeknistaloudellinen arviointi terästeollisuuden CO2-päästöjen vähentämisestä CCS:llä
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Järvinen, Mika, Vastuuprofessori
    • Teir, Sebastian, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-951-38-8357-7
    Sähköinen ISBN978-951-38-8358-4
    TilaJulkaistu - 2015
    OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

    Tutkimusalat

    • terästeollisuus
    • teknistaloudellinen tarkastelu
    • kannattavuus
    • talteenotto savukaasuista
    • happimasuuni, Aspen Plus –mallinnus
    • Skynet-työkalu

    Sormenjälki

    Sukella tutkimusaiheisiin 'Teknistaloudellinen arviointi terästeollisuuden CO2-päästöjen vähentämisestä CCS:llä'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä