Hiilidioksidin talteenotto ja hyötykäyttö kemianteollisuudessa

Tämän kandidaatintutkielman tavoitteena oli analysoida hiilidioksidin talteenottoa ja hyötykäyttöä (CCU, Carbon capture and utilization) kemianteollisuudessa. CCU:lla pyritään vähentämään kasvihuonekaasupäästöjä ja edistämään kestävää kehitystä. Tutkielmassa esitellään ensimmäiseksi kolme erilaista CCU-teknologiaa, joita ovat polttoa edeltävä hiilidioksidin talteenotto, happipoltto sekä polton jälkeinen hiilidioksidin talteenotto. Tutkielman alkuosiossa käsitellään myös hiilidioksidin erotusmenetelmiä, kuten adsorptio, absorptio, kalvoerotus ja kryogeeninen tislaus. Seuraavaksi käsitellään hiilidioksidia kemianteollisuuden lähtöaineena. Hiilidioksidi on hyvin monipuolinen ja yleisesti käytetty lähtöaine kemianteollisuudessa. Hiilidioksidia voidaan hyödyntää lähtöaineena esimerkiksi erilaisten kemikaalien, kuten metanolin, propeenin ja etyleenin valmistuksessa, sekä erilaisten synteettisten polttoaineiden kuten metaanin ja bensiinin valmistuksessa.

Työssä käsitellään ja tutkitaan aihetta myös kestävää kehitystä edistävän toiminnan näkökulmasta. Tutkielmassa analysoidaan myös hiilidioksidia hyödyntäviä valmistusreittejä ja perehdytään yksityiskohtaisemmin metaanin, metanolin ja muurahaishapon tuotantoon hiilidioksidista. Lisäksi selvitetään, millä TRL-tasolla (Teknologian valmiustaso, Technology Readiness Level) prosessit ovat. Työn loppuosassa käsitellään hiilidioksidin talteenoton ja hyötykäytön mahdollisuuksia sekä haasteita tulevaisuudessa. Hiilidioksidin talteenoton ja hyötykäytön suurimmat haasteet ovat suuret investointikustannukset, teknologioiden kehittymättömyys sekä haasteet energiankulutuksessa. Lisäksi eettiset näkökulmat ja kansalaisten hyväksyntä voivat tuottaa haasteita CCU:n kehittämisessä ja käyttöönotossa. CCU:n kehitys ja tulevaisuus näyttävät kuitenkin hyvin lupaavilta. Hiilidioksidin talteenotolla ja hyötykäytöllä on suuri potentiaali ilmastonmuutoksen hillitsemisessä ja se voi edistää huomattavasti ilmastotavoitteiden saavuttamista. CCU–teknologioita kehitetään jatkuvasti ja investointeja tehdään uusiin prosesseihin tulosten saavuttamiseksi ja parantamiseksi.The aim of this bachelor thesis was to analyze carbon capture and utilization (CCU) in the chemical industry. CCU aims to reduce greenhouse gas emissions and promote sustainable development. The thesis first introduces three different CCU technologies, pre-combustion, oxy-fuel combustion and post-combustion carbon capture. The first part of the thesis covers also carbon dioxide separation methods such as adsorption, absorption, membrane technologies and cryogenic distillation. Next, carbon dioxide is discussed as a feedstock in the chemical industry. Carbon dioxide is a highly versatile and widely used feedstock in this sector. It can be utilized, for example, in the production of various chemicals such as methanol, propylene and ethylene, as well as in the synthesis of different synthetic fuels like methane and gasoline.

The thesis also examines and explores the topic from the perspective of actions that promote sustainable development. It analyzes production routes that utilize carbon dioxide and takes a closer look at the production of methane, methanol, and formic acid from carbon dioxide. In addition, the Technology Readiness Level (TRL) of the processes is examined. In the final part of the thesis, the future opportunities and challenges of carbon capture and utilization are discussed. The main challenges of CCU are the high costs, the early stages of technological development, as well as issues related to energy consumption. Furthermore, ethical considerations and public acceptance may pose additional obstacles to the development and implementation of CCU. However, the development and future of CCU appear very promising. Carbon capture and utilization have great potential for mitigating climate change and can significantly contribute to achieving climate goals. CCU technologies are continuously being developed, and investments are being made in new processes to achieve and improve the gained results.