Osa voimalaitoksen savukaasun hiukkasista syntyy vasta ilmakehässä

Kivihiilivoimalaitoksen savukaasun hiukkasmäärä yllätti tutkijat vähäisyydellään. Samassa tutkimuksessa selvisi, että päästöjen pienimmät hiukkaset syntyvät vasta ilmakehässä. Kivihiilivoimalaitoksen ilmakehäpäästöjen laatu riippuu ratkaisevasti voimalaitoksen savukaasun puhdistuksesta, mutta myös ilmakehän prosesseilla on vaikutusta, selviää tuoreesta tutkimuksesta. Kivihiilivoimalaitoksen ilmakehäpäästöjä sekä puupellettien ja kivihiilen yhteispolttoa tutkittiin laajassa hankkeessa, jossa yhdistettiin alan huippuosaamista sekä tieteellisestä että teollisesta näkökulmasta. Mukana olivat Tampereen teknillisen yliopiston aerosolifysiikan tutkimusyksikkö, Ilmatieteen laitos, Metropolia, VTT, Tampereen yliopisto, Helen Oy, Valmet Oy ja Dekati Oy.

Kivihiilivoimalaitoksissa voidaan polttaa pelkän kivihiilen lisäksi kivihiiltä ja puupellettejä yhdessä. Tutkijoita kiinnosti erityisesti tämä yhteispoltto ja sen vaikutukset päästöihin. Puupellettien ja kivihiilen yhteispoltolla on vaikutuksia palamisessa syntyvään aerosoliin eli ilmakehään vapautuviin pienhiukkasiin. Hiukkasten muodostumista ja ominaisuuksia tutkittiin voimalaitoskattilassa, voimalaitoksen piipussa ja ilmakehässä. "Tavoitteena oli ymmärtää puupellettien ja kivihiilen yhteispolton edut ja mahdolliset haasteet mahdollisimman tarkasti", ryhmäpäällikkö Anna Häyrinen Helen Oy:sta kertoo. Yhteispoltolla ei tutkimuksen mukaan ole haitallisia vaikutuksia ilmanlaatuun. Tutkijat kuitenkin yllättyivät tuloksista, jotka saatiin helikopteriin asennetuilla mittalaitteilla. Niillä pystyttiin mittaamaan savukaasuvanan hiukkasten kokojakaumaa ja määrää reaaliaikaisesti yhdessä hiilidioksidi- ja rikkidioksidimittausten kanssa. Ilmatieteen laitos tutki päästöpluumia myös "etänä" LIDAR-mittalaitteen avulla. Laite sijaitsee Helsingin Kumpulassa Ilmatieteen laitoksen katolla.

"Ilmakehässä laimentuvassa savukaasussa nanohiukkasten pitoisuudet kasvoivat voimalaitoksen piipusta etäännyttäessä eikä päinvastoin. Osa voimalaitoksen hiukkaspäästöstä siis ikään kuin syntyi vasta ilmakehässä. Voimalaitoksen savukaasun puhdistusmenetelmistä riippuen tämä ilmiö voi olla voimakkaampi tai heikompi, mutta on tärkeää huomata, että myös ilmakehän prosessit määrittelevät lopputulosta", tohtorikoulutettava Fanni Mylläri TTY:n aerosolifysiikan yksiköstä sanoo. "Ilmiöllä ei ole suurta vaikutusta ihmisten kokemaan ilmanlaatuun Helsingissä, mutta maailmanlaajuisessa tarkastelussa havainto voi olla hyvinkin tärkeä", Mylläri arvioi.

Piipusta ilmakehään päätyvien hiukkas- ja rikkidioksidipäästöjen näkökulmasta avainasemassa on savukaasun puhdistus. "Erityisesti piipusta mitatut hiukkaspitoisuudet olivat hyvin pieniä, jopa merkittävästi pienempiä kuin tyypilliset pitoisuudet kaupunki-ilmassa", Mylläri kertoo. Poltossa syntyvään aerosoliin vaikutti kuitenkin myös polttoaine. Mittausten perusteella puupellettien lisääminen vaikutti sekä hiukkasten kokoon että määrään. Tällä saattaa olla vaikutusta hiukkaspäästöihin esimerkiksi sellaisissa voimalaitoksissa, joissa savukaasun puhdistaminen perustuu ainoastaan sähkösuodattimiin. Tutkimus on ollut osa Cleen Oy:n MMEA -ohjelmaa ja Strategisen tutkimuksen neuvoston EL-TRAN –hanketta. Sitä rahoittivat Tekes, osallistuneet yritykset ja Strategisen tutkimuksen neuvosto.

Hiilen ja puupellettien yhteispolton vaikutuksia käsittelevä artikkeli on julkaistu Combustion and Flame -julkaisusarjassa (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010218016303406) ja kivihiilivoimalaitoksen savukaasuvanassa syntyviä nanohiukkasia käsittelevä artikkeli on julkaistu Atmospheric Chemistry and Physics -julkaisusarjassa (http://www.atmos-chem-phys.net/16/7485/2016). Osa tutkimuksen tuloksista on vielä julkaisematta.

Lisätietoja:

Eija Asmi, ryhmäpäällikkö, Ilmatieteen laitos, puh. 050 390 6638, eija.asmi@fmi.fiFanni Mylläri, tohtorikoulutettava, TTY:n fysiikan laboratorio, puh. 040 849 0370, fanni.myllari@tut.fiTopi Rönkkö, dosentti, tutkimuspäällikkö, TTY:n fysiikan laboratorio, puh. 040 198 1019, topi.ronkko@tut.fi

www.tut.fi/aerophys