JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Tämän työn tavoitteina oli muodostaa selkeä yleiskuva Oulussa sijaitsevan Laanilan teollisuusalueen yritysten aine- ja energiavirroista, tunnistaa Power-to-X-teknologian kannalta oleelliset ainevirrat, selvittää kirjallisuudesta Laanilan teollisuuteen sopivia Power-to-X-teknologioita ja tarkastella aine- ja energiatasetasolla tunnistettujen Power-to-X-teknologioiden sopivuutta Laanilan teollisuuden käyttöön.

Kirjallisuuden perusteella tunnistettiin viisi teknologiaa (hiilidioksidin metanointi, veden elektrolyysi, veden ja hiilidioksidin elektrolyysi, muurahaishapon synteesi hiilidioksidista ja vedystä, ja hiilidioksidin talteenotto), jotka sopisivat raaka-aineiden sekä lopputuotteiden perusteella Laanilan teollisuuden käyttöön: hiilidioksidin metanointi, veden elektrolyysi, veden ja hiilidioksidin yhtäaikainen elektrolyysi, muurahaishapon syntetisointi vedystä ja hiilidioksidista sekä hiilidioksidin talteenotto savukaasuista.

Teknologioille laskettiin aine- ja energiataseet, missä osa Laanilan teollisuuden raaka-ainetarpeesta tai tuotannosta voitiin tyydyttää. Taseista muodostettiin kolme skenaariota, joilla Laanilan koko nykyistä vastaava vetyperoksidin ja muurahaishapon tuotanto olisi mahdollista tuottaa Power-to-X-teknologioiden avulla. Skenaarioiden energiankulutukset suuruusjärjestyksessä olivat: 968–974 GWh, 767–907 GWh ja 699–802 GWh. Laanilan nykyisen muurahaishapon ja vetyperoksidin tuotannon arvioitiin kuluttavan yhteensä 824 GWh sähkö-, lämpöenergiaa ja kemiallista energiaa. Työssä tunnistettiin myös kolme metanointiin sopivaa hiilidioksidivirtaa, joiden metaanintuotot olivat: 3 500 t (48 GWh), 42 600 t (591 GWh) ja 180 400 t (2 498 GWh).

Lopuksi tarkasteltiin muodostettujen taseiden etuja ja haittoja, ja arvioitiin jatkotutkimukselle oleellisia näkökulmia, kuten eri energiamuotojen käytön vaikutus tuotannon kustannuksiin, teknologioiden saatavuus Laanilan teollisuuden vaatimassa mittakaavassa, ja fossiilisten raaka-aineiden sekä hiilidioksidipäästöjen vähentämisen vaikutus tuotannon kustannuksiin.

Power-to-X-technology potential in Laanila industrial park

Abstract

The objectives of this work were to form a clear overview of the material and energy flows of companies in the Laanila industrial area in Oulu, to identify material flows relevant to Power-to-X technology, to evaluate from the literature suitable Power-to-X technologies for Laanila industry and to review the compatibility of the identified Power-to-X technologies with Laanila industry on a mass and energy flow level.

Five PtX technologies (CO₂ methanation, water electrolysis, co-electrolysis of CO₂ and water, formic acid synthesis from CO₂ and H₂ and carbon capture) were identified from the literature that would be suitable for Laanila’s industrial site based on the raw materials and end products: carbon dioxide methanation, water electrolysis, co-electrolysis of water and carbon dioxide, formic acid synthesis from hydrogen and carbon dioxide, and carbon dioxide recovery from flue gases.

Material and energy balances were calculated for the technologies, where part of Laanila’s industrial raw material needs or production could be met. Three scenarios were formed from the balance sheets, in which Laanila’s entire current production of hydrogen peroxide and formic acid could be produced using Power-to-X technologies. The energy consumption of the scenarios was in the order of magnitude: 968–974 GWh, 699–802 GWh and 767–907 GWh. Laanila’s current formic acid and hydrogen peroxide production was estimated to consume a total of 824 GWh of electrical, thermal, and chemical energy. The study also identified three carbon dioxide streams suitable for methanation, with methane yields of: 3 500 t (48 GWh), 42 600 t (591 GWh) and 180 400 t (2 498 GWh).

Finally, the advantages and disadvantages of the resulting scenarios were examined and aspects relevant to further research were assessed, such as the impact of different forms of energy on production costs, the availability of technologies on the scale required by Laanila’s industry, and the economic impact of reducing fossil fuel use and CO₂ emissions.