Characteristics and utilization of ashes from biomass gasification

Kivihiilen paineistetun kaasutuksen tuhka voidaan usein käyttää samaan tapaan kuin polton tuhkat, lähinnä sementin ja betonin, erilaisten harkkojen tai tekosoran valmistuksessa ja maanrakennuksessa. Kivihiilen kaasutustuhkien käyttöä helpottaa polton tuhkien hyötykäytön infrastruktuuri. Jos kivihiilen kanssa kaasutetaan biopolttoainetta, tuhkan tekninen laatu heikkenee. Suurilla biopolttoainemäärillä voivat tietyt betoni- ja sementtiteollisuuden normiarvot kivihiilen lentotuhkan käytölle jäädä saavuttamatta. Biopolttoaineen tuhkien ensisijaiseksi käyttömuodoksi esitetään palauttamista metsään tai peltoon. Pitemmällä aikavälillä tuhkan palautuksen uskotaan olevan hyödyllisempää ja taloudellisempaa kuin läjittäminen. Palautettavien tuhkien täytyy olla kemiallisesti haitattomia ja fysikaalisesti helposti käsiteltäviä. Uusien biopolttoaineiden ja uusien prosessien, mm. biopolttoaineen kaasutuksen, tuhkien käytöstä on vähän kokemusta. Jos biopolttoaineen joukossa käytetään fossiilista polttoainetta ja tavoitteena on tuhkan lannoitekäyttö, fossiilisen komponentin tuhka voi heikentää tuhkan lannoiteteknistä käyttöä. Paineistetussa leijukerroskaasutuksessa syntyy runsaasti reagoimatonta polttoainehiiltä sisältävää kuumasuodatinpölyä, jonka hiilipitoisuuden alentaminen poltto- tai kaasutusreaktoreissa voi olla hankalaa, sillä jäännöshiilen reaktiivisuus voi olla alentunut. Hapetuksen lisäksi tuhkan laatua voidaan parantaa luokittelemalla, agglomeroimalla sekä termisellä tai kemiallisella käsittelyllä, jolloin huonolaatuinenkin tuhka voidaan saada maanparannus- tai lannoituskäyttöön sopivaksi. Uusien biomassatyyppien tuhkien laatu on ravinteiden osalta usein metsäbiomassan tuhkia heikompi ja niiden hyödyntäminen siten hankalampaa. Jos tuhkat varastoidaan tai läjitetään, ne tulisi kostuttaa vapaan kalkin sammuttamiseksi ja sitoutumisreaktioiden käynnistämiseksi. Tuhka-aumat tulisi suojata sadevedeltä ravinteiden liukenemisen estämiseksi. Tutkitut näytteet olivat pääasiassa tuotekaasusta 400 - 500 °C:ssa kerättyjä kuumasuodatinpölyjä. Näytteille tehtiin perusominaisuuksien mittaus sekä reaktiivisuusmittauksia ilmassa ja kaasutuskaasussa, huokosrakennetutkimuksia nestetypen lämpötilassa ja uutto- ja paistotutkimuksia hiukkas- ja tervakäyttäytymisen selvittämiseksi. Lopuksi tehtiin kokeita pölyvirtausreaktorilla tuhkan hapettamiseksi. Pölyssä oli runsaasti reagoimatonta hiiltä, johon oli adsorboitunut mm. tervamaisia komponentteja. Pölyhiilen ominaispinta-ala oli korkea ja reaktiivisuus kaasutuksessa ja hapetuksessa oli ominainen käytetylle raaka-aineelle. Erityisesti oljen ja turpeen kaasutuksessa pölyn hiili oli inertisoitunutta alkuperäisen polttoaineen hiileen verrattuna ja sen palauttaminen reaktoriin voi siten olla ongelmallista. Inertisoituminen voi johtua tuhkien kemiallisesta luonteesta ja hiilen kapseloitumisesta tuhkaan. Jos palamattoman osuutta ei voi alentaa itse kaasuttimessa, pöly on palamattomien ja epäpuhtauksien suuren määrän takia hapetettava erillisessä reaktorissa ennen hyötykäyttöä tai läjittämistä. Pölyvirtausreaktorissa pölyn hapetus onnistui poltossa hyvin, mutta kaasutuksessa odotettua heikommin. Hapetettu ja agglomeroitu tuhka voidaan käyttää polton tuhkan tavoin