Euroopan unioni Vipuvoimaa EU:lta

Euroopan aluekehitysrahaston (EAKR) rahoittaman hankkeen kuvaus

1 Hanke

Hankekoodi: A75548

Hankkeen nimi: CarboTech - Biomassapohjaiset hiiliapplikaatiot (kehittämisosio)

Toimintalinja: 2. Uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen

Erityistavoite: 3.2. Uusiutuvan energian ja energiatehokkaiden ratkaisujen kehittäminen

Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.5.2019 ja päättyy 30.4.2022

Toiminnan tila: Toiminta päättynyt

Vastuuviranomainen: Keski-Pohjanmaan liitto

2 Hakijan perustiedot

Hakijan virallinen nimi: Oulun Yliopisto

Organisaatiotyyppi: Yliopisto

Y-tunnus: 0245895-5

Jakeluosoite: Oulun yliopisto/Kokkolan yliopistokeskus Chydenius, Talonpojankatu 2B

Puhelinnumero: 0400294090

Postinumero: 67100

Postitoimipaikka: Kokkola

WWW-osoite: http://www.oulu.fi/yliopisto

Hankkeen yhteyshenkilön nimi: Ulla Lassi

Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: Professori, yksikönjohtaja

Yhteyshenkilön sähköpostisoite: ulla.lassi(at)oulu.fi

Yhteyshenkilön puhelinnumero: 040-0294090

Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely:

3 Suunnitelman mukainen tiivistelmä toteutuksesta

Euroopan komissio pyrkii talouskasvuun, joka tukee vahvasti kestävää kehitystä ja edistää vähähiilistä taloutta. Sen vuoksi biopohjaiset uudet materiaalit ja kemikaalit on nostettu keskiöön ”Europe 2020” -strategioissa. Uusiutuvia luonnonvaroja, kuten metsäbiomassaa ja teollisia sivutuotteita, sekä niiden sisältämää selluloosaa, hemiselluloosaa ja ligniiniä tullaan tulevaisuudessa hyödyntämään laaja-alaisesti uusien biomateriaalien ja -kemikaalien valmistuksessa. Kilpailukyvyn ja suomalaisen teollisuuden näkökulmasta jätebiomassojen hyödyntämisessä tulee aina pyrkiä korkean jalostusasteen omaaviin tuotteisiin, energiakäytön sijasta. Eräs tällainen tuote on tekninen hiili ja hiilen monet applikaatiot.

Tekninen hiili on eri pelkistysasteisiin jalostettua hiiltä ja sitä voi käyttää useissa teknisissä sovelluksissa. Tarkoitus on valmistaa teknistä hiiltä käsittelemällä biopohjaisia raaka-aineita eri termokemiallisilla käsittelymenetelmillä. Valittuja raaka-aineita ovat sahanpuru, hydrolyysi-ligniini (bioetanolin tuotannosta) ja kraft-ligniini. Tutkittavana käsittelymenetelmänä on modifioitu hidas pyrolyysi, joka on aiemman tutkimuksemme perusteella osoittautunut paitsi teknisesti erittäin toteutuskelpoiseksi myös tuotteen laadun ja ominaisuuden näkökulmasta toistettavaksi menetelmäksi. Teknisen hiilen potentiaalisia applikaatioita ovat aktiivihiili (veden- ja kaasunpuhdistukseen), pelkistyshiili sekä mm johtavuushiili erilaisiin sähköisiin sovelluksiin. Tässä projektissa tutkitaan hitaalla pyrolyysillä tuotettujen teknisen hiilen applikaatioiden valmistusta, ominaisuuksia ja soveltuvuutta mm. metallurgisen teollisuuden käyttökohteisiin. Lisäksi tutkitaan termokemiallisilla käsittelyillä tapahtuvaa teknisen hiilen valmistusta, tehdään tuotteiden ominaisuusmäärittelyjä sekä selvitetään soveltuvuutta eri applikaatioihin.

Tässä hankkeessa keskeiset jätebiomassat ovat ligniini ja sahanpuru, jotka suurilta osin päätyvät energiakäyttöön. Kuitenkin erityisesti sahateollisuuden purun osalta energiakäytössä kattilakapasiteetti on riittämätön, ja sen vuoksi uusia hyödyntämismahdollisuuksia etsitään nyt kiivaasti. Biomassojen ligniinipitoisuus vaihtelee tyypillisesti 15-30 massaprosentin välillä, biomassasta riippuen. Selluteollisuudessa poltetaan vuositasolla yli 100 Mt pääosin Kraft- ligniiniä. Tämän lisäksi ns yksivuotisilla kasveilla ligniinipotentiaali on yli 400 Mt, ja tästä vain pieni osa hyödynnetään nykyisin. Aiemmat tutkimuksemme ovat jo osoittaneet ligniinin (Kraft-ligniini ja hydrolyysiligniini) soveltuvuuden hiilipohjaisten tuotteiden raaka-aineeksi. Tässä tutkimuksessa keskitytään erityisesti tuotteiden valmistukseen ja räätälöintiin applikaatio näkökulmasta.

Hankkeen tavoitteena on laajentaa ja syventää osaamista toteutusalueella ja luoda pohjaa yritystoiminnan laajentamiselle kehittämällä uusia tuotteita, mm biomassapohjaisia hiilivaahtoja ja muita hiilituotteita (esimerkiksi teknistä hiiltä pelkistyskäyttöön metallien jalostuksessa). Hanke hyödyntää raaka-aineena metsäteollisuuden, sahateollisuuden sekä biojalostamoiden sivutuotteita kuten puunkuorta, ligniiniä ja fenolisia yhdisteitä. Metallurgisessa teollisuudessa hiiltä käytetään useissa eri prosessivaiheissa eri muodoissa niin pelkistyksessä kuin energialähteenä. Osa fossiiliperäisestä hiilestä on mahdollista korvata uusiutuvalla biopohjaisella raaka-aineella ja tämä mahdollistaa jopa kymmenien tuhansien tonnien hiilidioksidipäästöjen vähentämisen vuosittain.

Hankkeen keskeiset toimenpiteet: 1) Vaahdotusprosessin ja termokemiallisten pyrolysointi käsittelyiden optimointi, hiilestysprosessin optimointi sekä eri lähtöaineiden vaikutukset lopputuotteeseen 2) Markkinakatsaus ja mahdollisten potentiaalisten käyttökohteiden etsiminen 3) Kannattavuuslaskelmat valituille applikaatioille.

4 Hankkeen kohderyhmät

4.1 Varsinaiset kohderyhmät

Hankkeen varsinainen kohderyhmä sisältää biotalouden, kemian ja metalliteollisuuden yritykset, jotka toimivat toteutusalueella (Keski-Pohjanmaa, Pohjois-Pohjanmaa). He toimivat hankkeessa raaka-aineen tuottajina, teknologian kehittäjinä ja/tai hiilen loppukäyttäjinä. Lisäksi kohderyhmään kuuluvat pk-yritykset, jotka harjoittavat liiketoimintaa alueella (potentiaaliset hiilen valmistajat ja loppukäyttäjät).

4.2 Välilliset kohderyhmät

Hankkeen välillisiä kohderyhmiä ovat mm metallurginen teollisuus, jossa hiiltä voidaan hyödyntää pelkistysprosesseissa. Mahdollisia hiilen käyttökohteita on useita, kuten osittainen kivihiilen korvaaminen niin pulverisoituna kuin osana metallurgista koksia masuunissa, hiilen korvaaminen jarosiitin käsittelyprosessissa ja koksipölyn korvaaminen kromiittipellettien valmistuksessa. Välillisiä kohderyhmiä ovat myös mm. Keski- ja Pohjois-Pohjanmaalla toimiva sahateollisuus, joille purun hyödyntäminen olisi tärkeää kattilakapasiteetin ollessa riittämätöntä kostean biomassan poltolle. Kostean purubiomassan ja nurmibiomassan on todettu olevan erinomainen materiaali aktiivihiilen valmistuksessa.

5 Projektin julkinen rahoitus, euroa

Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 359 149

Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 359 139

Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 479 720

Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 479 707

6 Maantieteellinen kohdealue

Maakunnat: Pohjois-Pohjanmaa, Keski-Pohjanmaa

Seutukunnat: Kaustisen, Kokkolan, Oulun

Kunnat: Oulu, Toholampi, Kokkola

Toteutuspaikan osoite, jos hanke toteutetaan yhdessä paikassa

Jakeluosoite:

Postinumero:

Postitoimipaikka:

7 Hakemusvaiheessa ilmoitettavat arviot hankekohtaisista seurantiedoista

7.1 Uusien työpaikkojen määrä (kysytään vain erityistavoitteisiin 1.1, 2.1 ja 3.1 kuuluvissa hankkeissa)

Suunniteltu: 0, joihin työllistyvät naiset 0

Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joihin työllistyvät naiset 0.00

7.2 Uusien yritysten määrä (kysytään vain erityistavoitteeseen 1.1 kuuluvissa hankkeissa)

Suunniteltu: 0, joista naisten perustamia 0

Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joista naisten perustamia 0.00

8 Horisontaaliset periaatteet

8.1 Sukupuolten tasa-arvo

Hankkeessa on tehty toimintaympäristön analyysi sukupuolinäkökulmasta: Kyllä
Hankkeen päätavoite ei ole sukupuolten tasa-arvon edistäminen. On kuitenkin todettu (sekä suomalaisissa että kansainvälisissä tutkimuksissa), että tytöt ovat poikia kiinnostuneempia ja enemmän huolissaan ympäristöstä ja luonnonvaroista. (Schahn & Holzer, 1990; Sjøberg & Schreiner, 2008). Suomessa tehtyjen tutkimusten mukaan nuorista tytöistä 68% ja pojista 47% on kiinnostunut ympäristöasioista, mutta vain 5% nuorista toimii jollakin tavalla ympäristön suojelemiseks(Cantell, 2005). Tytöt myös uskovat poikia enemmän omiin mahdollisuuksiinsa vaikuttaa ympäristön hyvinvointiin; tytöt pyrkivät myös käytöksellään ja toiminnallaan vaikuttamaan ympäristöön aktiivisemmin kuin pojat (Sjøberg &Schreiner, 2008). Toisaalta teollisuusnäkökulmasta raaka-aineiden kestävä käyttö edellyttää vahvaa teknistä osaamista ja luonnontieteiden hallintaa. Nämä opiskelualat ovat vielä tänä päivänä varsin miesvaltaisia. On oletettavaa, että kansantaloudellisesti merkittävä tekninen osaaminen tulee lisäämään tyttöjen ja naisten kiinnostusta ja hakeutumista teknisen ja luonnontieteiden koulutukseen ja siten tasapainottavan vääristynyttä sukupuolijakaumaa kemian prosessiteollisuudessa. Nuoret myös etsiytyvät voimakkaisiin, tunnettuihin koulutus- ja osaamiskeskittymiin ja valmistuttuaan myös hakeutuvat alueelle töihin. Tästä syystä osaamisen vahvistaminen tutkimukseen, koulutukseen ja uuden yritystoiminnan aktivointiin panostamalla on nähtävä erittäin tärkeänä hankkeen toteutusalueella.
Sukupuolinäkökulma on huomioitu hankkeen toiminnassa (valtavirtaistaminen): Kyllä
Hankkeeseen osallistuvat tutkimusryhmät huomioivat tasa-arvonäkökulman. Hankkeen aihe liittyy perinteisesti miesvaltaisiin alueisiin, kuten tekniikkaan, mutta tästä huolimatta sekä naisia että miehiä osallistuu tasapuolisesti hankkeen toteutukseen. Hankkeen vastuullinen johtaja on nainen hänen tieteellisen pätevyyden ja vahvan yritysyhteistyöverkoston ansiosta. Jokainen partneri huolehtii siitä, että kumpaakaan sukupuolta ei suosita projektityöntekijöitä palkattaessa. Hakuvaiheessa projektihenkilöstöstä noin puolet on naisia.
Hankkeen päätavoite on sukupuolten tasa-arvon edistäminen: Ei
Hankkeen päätavoite ei ole sukupuolten tasa-arvon edistäminen.

8.2 Kestävä kehitys

VälitönVälillinen
Ekologinen kestävyys
Luonnonvarojen käytön kestävyys 4 8
Hankkeessa kehitetään materiaali- ja energiatehokkaita ratkaisuja biomassajakeiden jalostamiseksi korkean lisäarvon hiilituotteiksi. Lähtöaineena käytetään sellu- ja sahateollisuudessa muodostuvia sivutuotteita, jolloin säästetään neitseellisiä, uusiutuvia luonnonvaroja.
Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen 6 10
Hankkeessa kehitettävillä biopohjaisilla hiilimateriaaleilla on mahdollista korvata fossiilisiin, öljypohjaisiin raaka-aineisiin perustuvia materiaaleja. Mm. metallinjalostuksessa koksin korvaaminen biohiilellä, kivihiilipohjaisen aktiivihiilen korvaaminen biopohjaisella ja fossiilisen eristemateriaalin korvaaminen biopohjaisella hiilivaahdolla.
Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus 0 5
Hankkeen tavoitteena on kehittää kestäviä kemian arvoketjuja biopohjaisen hiilen valmistamiseksi, mikä osaltaan edistää luonnon monimuotoisuutta. Hiili voidaan regeneroida ja uudelleenkäyttää myös maanparannusaineena.
Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) 0 5
Hankkeessa kehitetään materiaali- ja energiatehokkaita ratkaisuja biomassajakeiden jalostamiseksi korkean lisäarvon hiilituotteiksi. Jätebiomassojen hyödyntäminen vähentää maaperän ja vesistöjen mahdollista kuormitusta.
Natura 2000 -ohjelman kohteet 0 0
Hankkeella ei ole rajapintaa Natura2000-ohjelmaan
Taloudellinen kestävyys
Materiaalit ja jätteet 3 8
Hankkeen tavoitteena on luoda uusia ratkaisuja puupohjaisen raaka-aineen, sivutuotteiden ja jätebiomassojen hyödyntämiseksi.
Uusiutuvien energialähteiden käyttö 3 7
Hankkeen tavoitteena on hyödyntää raaka-aineena helposti saatavilla olevia, määrällisesti suuria ja paikallisia saatavilla olevia biomassavarantoja (sivutuotteet).
Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen 0 9
Projektin tavoitteena on luoda uutta alueellistaosaamista ja luoda pohjaa uudelle yritystoiminnalle kehittämällä materiaali- ja energiatehokkaita biomassasivutuotteiden jalostusvaihtoehtoja korkean lisäarvon hiilituotteiden valmistamiseksi. Hankkeen arvoituna tuloksena on myös uutta teknologiaa erityisesti pk-sektorille (hiilivaahdot). Lisäksi hanke edistää kiertotalouden hengen mukaisesti olemassaolevien yritysten materiaalitehokkuutta.
Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen 0 5
Projektin tavoitteena on luoda uutta alueellista osaamista ja luoda pohjaa uudelle ja uudistuvalle yritystoiminnalle
Liikkuminen ja logistiikka 0 0
Hankkeella on suora vaikutus liikenteeseen ja logistiikkaan mikäli hiilen valmistukseen liittyvä toiminta voidaan integroida lähellä muodostuvia sivutuotteita ja loppukäyttökohteita
Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus
Hyvinvoinnin edistäminen 1 6
Pidemmällä aikavälillä hanke mahdollistaa merkittävän, uuden liiketoiminnan syntymisen sekä työllistämisvaikutuksen.
Tasa-arvon edistäminen 0 2
Hankkeen päätavoite ei ole sukupuolten tasa-arvon edistäminen, mutta se huomioidaan hankkeen toiminnassa.
Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus 0 0
Hankkeella ei oleteta olevan erityisiä yhteiskunnalliseen tai kulttuuriseen yhdenvertaisuuteen liittyviä vaikutuksia.
Kulttuuriympäristö 0 0
Hankkeella ei oleteta olevan erityisiä kulttuuriympäristöön liittyviä vaikutuksia.
Ympäristöosaaminen 2 6
Hanke perustuu kestäviin, ympäristön kuormitusta minimoiviin tekniikoihin.

9 Loppuraportin tiivistelmä

Euroopan komissio pyrkii talouskasvuun, joka tukee vahvasti kestävää kehitystä ja edistää vähähiilistä taloutta. Sen vuoksi biopohjaiset uudet materiaalit ja kemikaalit on nostettu keskiöön ”Europe 2020” -strategioissa. Uusiutuvia luonnonvaroja, kuten metsäbiomassaa ja teollisia sivutuotteita, sekä niiden sisältämää selluloosaa, hemiselluloosaa ja ligniiniä tullaan tulevaisuudessa hyödyntämään laaja-alaisesti uusien biomateriaalien ja -kemikaalien valmistuksessa. Kilpailukyvyn ja suomalaisen teollisuuden näkökulmasta jätebiomassojen hyödyntämisessä tulee aina pyrkiä korkean jalostusasteen omaaviin tuotteisiin, energiakäytön sijasta. Eräs tällainen tuote on tekninen hiili ja hiilen monet applikaatiot, joita on tutkittu Carbotech -hankkeessa.

Tekninen hiili on eri pelkistysasteisiin jalostettua hiiltä ja sitä voi käyttää useissa teknisissä sovelluksissa. Carbotech -hankkeessa valmistettiin teknistä hiiltä käsittelemällä biopohjaisia raaka-aineita termokemiallisilla käsittelymenetelmillä. Valittuja raaka-aineita olivat mm. sahanpuru, hydrolyysiligniini (bioetanolin tuotannosta) ja Kraft-ligniini. Lisäksi hankkeessa on tutkittu myös hampun ja muiden lyhytkiertobiomassojen hiilestystä. Tutkittavana käsittelymenetelmänä on modifioitu hidas pyrolyysi, joka on aiemman tutkimuksemme perusteella osoittautunut paitsi teknisesti erittäin toteutuskelpoiseksi myös tuotteen laadun ja ominaisuuden näkökulmasta toistettavaksi menetelmäksi. Teknisen hiilen potentiaalisina applikaatioina tutkittiin aktiivihiilen valmistusta (veden- ja kaasunpuhdistukseen), pelkistyshiiltä sekä projektin loppuvaiheessa mm. anodi- ja johtavuushiiltä erilaisiin sähköisiin energianvarastoinnin sovelluksiin.

Carbotech-hanke koostui kahdesta osiosta, kehittämisosiosta (A75548) ja investointiosiosta (A75549). Kehittämisosiossa tutkittiin hitaalla pyrolyysillä tuotettujen teknisen hiilen applikaatioiden valmistusta, ominaisuuksia ja soveltuvuutta mm. metallurgisen teollisuuden käyttökohteisiin. Lisäksi tutkittiin termokemiallisilla käsittelyillä tapahtuvaa teknisen hiilen valmistusta, tehtiin tuotteiden ominaisuusmäärityksiä sekä selvitettiin soveltuvuutta eri applikaatioihin.

Investointiosiossa suunniteltiin, valmisteltiin ja toteutettiin aihepiirin tutkimukseen liittyviä laitehankintoja tukemaan kehittämisosiossa esitellyn tutkimuksen toteutusta kuten hiilituotteiden valmistusta ja karakterisointia. Näitä hankintoja olivat mm. huokosanalysaattori, typpigeneraattori, korkealämpötilauuni, digitaalinen mikroskooppi, lämpökaappi materiaalin kuivaukseen ja kondensointiyksikkö pyrolyyseihin.

Hankkeen tutkimustulokset ja julkaisut osoittavat, että hankkeessa tehty tutkimus oli tutkimuskentällään uutuusarvoista ja täten myös erittäin tarpeellista. Hankkeessa tuotettujen erilaisten teknisen hiilen tuotteiden ominaisuuksia saatiin muokattua sovelluksen mukaisiksi valituilla käsittelymenetelmillä. Useat tulokset antavat viitteitä siitä, että näitä tuotteita voitaisiin käyttää kohdeapplikaatiossa ja tarkempaa spesifiin applikaatioihin keskittyvää tutkimusta voitaisiin saatujen tulosten perusteella jatkaa.

Hankkeessa tuotettiin uutta tietoa teknisen hiilen valmistusmenetelmistä, tarvittavista esikäsittelyistä sekä valittujen käsittelyjen vaikutuksesta hiilituotteiden ominaisuuksiin. Hyvänä mittarina saadun tiedon uutuusarvolle toimii mm. hankkeen aikana julkaistujen tieteellisten artikkelien julkaiseminen alan korkeatasoisissa tieteellisissä lehdissä.

Hankkeen tulokset tukevat jo ennen hanketta hankittua tietotaitoa, sekä entisestään syvensivät alueellista osaamista teknisen hiilen aihepiirissä. Hanke antoi lupaavan kuvan teknisen hiilen käytöstä eri käyttökohteissaan ja tulosten perusteella voidaankin entisestään syventyä enemmän sovelluspohjaiseen tutkimukseen. Hankkeen tulokset tukevat tulevaa opetusta, teknillistieteellistä osaamista ja uuden liiketoiminnan synnyttämistä. Hanke toteutettiin ylimaakunnallisena ja siihen osallistui toimijoita Keski-Pohjanmaalta ja Pohjois-Pohjanmaalta.