28.4.2023

Doktorsavhandling om minskandet av skadliga kväveoxider då biomassaavfall används som bränsle

MSc Daniel Schmids doktorsavhandling i oorganisk kemi framläggs till offentlig granskning vid Fakulteten för naturvetenskaper och teknik vid Åbo Akademi.

Avhandlingen heter Laboratory Studies on Aqueous Absorption and High Temperature Chemistry of NO_x and SO_x in Thermal Conversion of Biomass Waste.

Disputationen äger rum fredagen den 5 maj 2023, kl. 13.15 i auditorium Argentum, Aurum. Opponent är professor Fredrik Normann, Chalmers tekniska högskola, Sverige och kustos är professor emeritus Mikko Hupa, Åbo Akademi.

Sammanfattning 

Biomassaavfall från jordbruks och skogsindustrin kan termiskt omvandlas för att återvinna energi och för att producera aska som kan återanvändas för olika ändamål. Biomassaavfall är i många fall krävande bränslen dels på grund av höga koncentrationer av kväve och alkalimetaller. I förbränning omvandlas bränslebundet kväve till kväveoxider (NO_x) som är skadliga för miljön och orsakar surt regn och smog. Alkalimetaller såsom kalium och natrium orsakar korrosion i förbränningsanläggningar, som inverkar negativt på energieffektiviteten, reducerar anläggningars livslängd och ställer höga materialkrav. Avhandlingen undersökte experimentellt bildningen av kväveoxider (NO_x) från förbehandlat biomassaavfall i en elektriskt upphettad reaktor vid förbrännings och förgasningsförhållanden, absorption av NO_x i ett laboratorie-skrubbersystem med svaveladditiv och sulfatering av korrosiva natriumsalter i en så kallad multi jet-reaktor vid temperaturer upp till 1500 °C. 

Avhandlingen visar att förbehandling av biomassaavfall inverkar på bränslekvävets reaktioner och därmed på mängden NO_x som bildas under förbränningen. Förbehandling av biomassa är en viktig metod bland annat för att förbättra bränslets fysiska egenskaper. Förbehandlade bränslen hade i vissa fall högre NO_x-utsläpp, vilket delvis förklaras med en förändring i asksammansättningen. Avhandlingens absorptionsexperiment visade att vattenlösningar med sulfit och tiosulfat effektivt kunde absorbera NO_x från rökgas. Tillsats av tiosulfat minskade sulfitoxidationens reaktionshastighet och möjliggjorde en effektiv absorption av NO_x. Avhandlingens högtemperaturexperiment med en multi-jet-reaktor gav ny information gällande sulfatering av natriumklorid och natriumhydroxid till mindre korrosiva föreningar. Sulfateringsreaktionerna undersöktes med en ny kinetisk modell och med termodynamisk modellering. Avhandlingens resultat bidrar till att kunna eliminera kemirelaterade problem vid industriell termisk omvandling av krävande bränslen. 

Daniel Schmid är född 1995 i Heidenheim an der Brenz, Tyskland. Han kan vid behov nås per e-post på daniel.schmid@abo.fi.

Avhandlingen kan läsas i Åbo Akademis publikationsarkiv Doria. 

Klicka här för pressbild på disputanden.