Jätteenpolton tuhkat ja kuonat

 

Materiaalikuvaus ja määräarvio

Jätteenpolton kuonaa ja tuhkaa syntyy yhdyskuntajätteiden energiahyödyntämiseen tarkoitetuissa jätevoimaloissa ja rinnakkaispolttolaitoksissa. Prosessissa syntyy pohjakuonaa ja -tuhkaa kattilaan, lentotuhkaa savukaasujen erotuksessa sekä savukaasujen puhdistuksessa APC (air pollution control) jätettä. Syntyvien kuonien ja tuhkien määrään ja laatuun vaikuttaa poltettavan jätteen koostumus, polttokattilan toimintaperiaate sekä savukaasujen käsittely. (Kaartinen, Laine-Ylijoki & Wahlström 2007.)

Pohjakuonaa ja -tuhkaa syntyy noin 20-30 % voimalassa hyödynnetyn jätteen massasta (Kaartinen, Laine-Ylijoki & Wahlström 2007).  Pohjakuona on rakeista, hiekan tai soran kaltaista ainetta, joka koostuu 15-45 prosenttisesti lasista, metallista, keramiikasta, kiviaineista ja orgaanisesta aineksesta. Loput 55-85% kuonan massasta on erilaisia sulamistuotteita. (Suomen Erityisjäte Oy 2017; Kaartinen, Laine-Ylijoki & Wahlström 2007.) Suomessa jätteenpolton pohjatuhkasta löytyy paljon rautajaetta (10-12 %) sekä enemmän kuparia verrattuna Tanskan ja Hollannin jätteenpolttolaitosten tuhka-ainepitoisuuksiin (Rantsi 2015, 20-21). Savukaasut puhdistetaan syklonien, sähkön tai kuitusuodattimien avulla, ja näin saadaan erotettua lentotuhkaa. Koostumuksensa tähden lentotuhka ja APC- jäte luokitellaan Euroopassa vaaralliseksi jätteeksi. Ne sisältävät usein arseenia, elohopeaa, lyijyä, kadmiumia, kromia ja liukenevia suoloja, kuten kloridia. (Kaartinen, Laine-Yljoki & Wahlström 2007.)

Ennen hyödyntämistä jätteenpolton kuona ensin käsitellään ikäännyttämällä ja seulomalla metallit erilleen. Vuoden 2018 alusta lähtien käsiteltyä jätteenpolton kuonaa voidaan ilman ympäristölupaa hyödyntää maarakentamisessa määritellyissä käyttökohteissa, joita ovat väylä- ja kenttärakenteet sekä teollisuus- ja varastorakennusten pohjarakenteet. Käsitellyn kuonan tulee myös täyttää muut laadulliset vaatimukset haitta-aineiden osalta. (Mara-asetus 843/2017.) Pohjakuonalla on hyvä lämmöneristävyys ja se on materiaalina routimaton (Saarenpää 2015). Tyypillisimmät hyödyntämiskohteet ovat maarakenteiden alusrakenteet ja alustyöt sekä päällysrakenteet kuten pysäköintialueet, urheilukentät ja kevyen liikenteen väylät. Tekniset lähtökohdat huomioon ottaen pohjakuonaa voidaan hyödyntää muun muassa maisemointitöissä, meluvalleissa ja putkikanaalien täytöissä. (Kaartinen, Laine-Ylijoki & Wahlström 2010).

Pohjatuhkaa hyödynnetään suurimmaksi osaksi jätekeskusten kenttärakenteissa, vaikka käyttökohteita olisi enemmän (Rantsi 2015, 21). Tuhkasta on mahdollista erottaa arvometallit erityisellä kuivaerotuksella, minkä jälkeen tuhka muutetaan keinokiviainekseksi. Tätä voidaan hyödyntää neitseellisen hiekka – ja sora-aineksen korvaajana esimerkiksi tienrakentamisessa ja betoniteollisuuden tuotteissa. (Suomen Erityisjäte Oy 2017.)

Lentotuhkien ja APC-jätteiden hyödyntämistä vaikeuttavat niiden sisältämät haitta-ainepitoisuudet (Koivunen 2007). Tällä hetkellä hävitettäväksi tarkoitetuista lentotuhkista ja APC-jätteestä tehdään kaatopaikkakelpoisuusselvitykset. Kaatopaikkakelpoisuuden ehtojen täyttyessä ko. jätteet sijoitetaan tavanomaisen jätteen kaatopaikalle. Mikäli ehdot eivät täyty, ne ovat vaarallista jätettä ja toimitetaan (yleensä) Fortumin Riihimäen toimipisteeseen hävitettäväksi. (Kiertokaari Oy 2018.) 

Yhdyskuntajätettä käytettiin energiahyödyntämiseen 1 515 000 tonnia vuonna 2016 (Suomen virallinen tilasto (SVT): Jätetilasto 2018). Arviolta tämän jätemäärän poltosta syntyy noin 378 750 tonnia pohjakuonaa- ja tuhkaa.  Tästä määrästä kuonan osuus on noin 300 000 tonnia vuosittain (Sormunen 2017). Jätteenpolton kuonat ja tuhkat tunnistettiin tärkeiksi materiaalivirroiksi niillä kuutoskaupunkialueilla, joilla on tällä hetkellä jätevoimaloita toiminnassa, eli pääkaupunkiseudulla (Vantaan Energian jätevoimala), Tampereen seudulla (Tammervoiman hyötyvoimalaitos) sekä Oulun seudulla (Oulun Energian ekovoimalaitos).

Näissä laitoksissa syntyi kuonaa ja tuhkaa vuonna 2016 seuraavasti: pääkaupunkiseudulla noin 71 000 tonnia (HSY 2017), Tampereen seudulla noin 35 000 tonnia (Tammervoima 2016) ja Oulun seudulla noin 24 000 tonnia (Oulun Energia 2016).

 

Innovaatiotarpeet

Kuonien ja tuhkien hyödyntämiseen liittyy seuraavia haasteita:

  • Kuonan hienojakeesta on taloudellista erottaa metalleja, mutta esimerkiksi kullan erotustekniikat ovat kalliita ja nykyisissä erotustekniikoissa on paljon pölyämishaittoja.
  • Kuonan käsittelylle tulee määrittää sellaiset kriteerit ja laadulliset tekijät, että sitä on mahdollista hyödyntää kaatopaikan ulkoisissa toiminnoissa, esimerkiksi maanrakentamisessa, asfalttiteollisuudessa ja betoni- ja kiviainesteollisuudessa.
  • Kuonan koostumuksen tasalaatuisuuden varmistaminen pitkän ajan kuluessa, sillä poltettavan jätteen laatu vaihtelee ja koostumus saattaa muuttua ajassa.
  • Kuonan raekoon tasalaatuisuuden varmistaminen esimerkiksi kunnollisella seulonnalla, mikäli sitä halutaan käyttää uusiotuotteisiin (asfaltti, betoni, kivituotteet)
  • Kuonan käytön pitkän aikavälin vaikutusten tutkiminen, esimerkiksi voiko siitä asfalttikäytössä irrota kulutuksen mukana jotain haitallisia aineita.
  • Haasteet tuhkien ja kuonien hyödyntämisen taloudellisessa kannattavuudessa: miten käsittely saadaan sellaiseksi, että sitä on todellisuudessa kannattavaa käyttää neitseellisten raaka-aineiden sijaan.
  • Mahdolliset kielteiset asenteet uusiomateriaaleja kohtaan olisi saatava muuttumaan. Suomesta ei löydy vielä hirveästi kuonan käytön pilotointikohteita, niin kynnys lähteä hyödyntämään näitä on suuri käyttöön liittyvien riskien vuoksi.
  • Arvoketjun tarkempaa kartoittamista tarvitaan. Kuonan käytöstä kiinnostuneiden toimijoiden ja uusiomateriaaleista kiinnostuneiden loppuasiakkaiden löytäminen mahdollisimman varhaisessa vaiheessa on olennaista hyödyntämisen kannalta. Tällaisissa hankinnoissa julkiset toimijat voisivat olla edelläkävijöitä.

 

Liiketoimintaan liittyvät haasteet ja mahdollisuudet

Pohjakuonan mahdollisuudet uusiomalmina ovat hyvät. Arvometalleja voidaan erottaa kustannustehokkaasti. Tulevaisuudessa bioliuotus ja vaahdotus mahdollistavat kuparin, alumiinin, sinkin ja muiden metallien erotuksen. (Kaartinen, Laine-Ylijoki…&Wahlström 2010.) Lisäksi polttolaitosten raaka-kuonan mineraaliaineksesta voidaan jalostaa korkealaatuisia betonikiviaineksia (Lehtonen 2017). Suomessa on myös tehty kokeilututkimusta pihakivistä, joiden valmistuksessa oli hyödynnetty jätteenpolton kuonasta eroteltuja mineraaliaineksia (Hautala 2017). Tutkimustulosten perusteella jätteenpolton kuonasta eroteltujen mineraaliaineksien hyötykäyttö pihakivien valmistuksessa ei aiheuta raskasmetallien kulkeutumista maaperään käyttökohteessa.

Tuhkaa voidaan käyttää myös keraamisten tuotteiden valmistuksessa (Silva ym. 2017). Korkean lämpökäsittely immobilisoi haitalliset aineet tuhkasta. Tuhkan palakoon tulee kuitenkin olla hyvin hienojakoista, joten palakoon hienontaminen nostaa käsittelyn kustannuksia.

Japanissa on tutkittu myös jätteenpolton pohjatuhkan vetykaasun tuottamismahdollisuuksia (Saffarzadeh ym. 2016). Menetelmä tarjoaa yhden potentiaalisen vaihtoehdon muuntaa pohjatuhka korkeamman arvon resurssiksi.
 

Lähteet

Hautala M. 2017: Lakeuden Etappi Oy. Raportti koetoiminnasta –Pihakivikohde Seinäjoella

HSY 2017. Ämmässuon jätteenkäsittelykeskuksen toiminta 2016.

Kaartinen, T. Laine-Ylijoki, J. Wahlström, M. 2007. Jätteen termisen käsittelyn tuhkien ja kuonien käsittely- ja sijoitusmahdollisuudet. Julkaisia VTT. toim. Ukskoski, L. Edita Prima Oy. Helsinki.

Kaartinen, T. Laine-Ylijoki, J. Koivuhuhta, A. Korhonen, T. Luukkanen, S. Mörsky, P. Neitola, R. Punkkinen, H. Wahlström, M. 2010. Pohjakuonan jalostus uusiomateriaaliksi. Julkaisia VTT. Kopijyvä Oy. Kuopio

Kiertokaari Oy 2018. Toiminnanohjausjärjestelmä.

Koivunen, K. 2007. Jätteenpolton tuhkien käsittelytekniikoiden ympäristövaikutukset. Energia- ja ympäristötekniikan osasto. Diplomityö. Lappeenrannan teknillinen yliopisto

Lehtonen K. 2017: Jäte- ja sivutuotemateriaalit betonivalmistuken raaka- ja seosaineina. Betoniasemien ympäristösuojeluvaatimukset –asetusvalmistelun tausta-aineistoksi. Ytekki Oy

Mara-asetus 843/2017.

Oulun Energia Oy 2016. Laanilan ekovoimalaitoksen ympäristövuosiraportti 2015.

Rantsi, R. 2015. Pohjakuonaa katukiviin ja kenttäpohjiin. Tekes Green Growth. Uusiouutiset 1/2015. toim. Saarinen, E.

Saarenpää, T. 2015. Pohjakuonaa katukiviin ja kenttäpohjiin. Tekes Green Growth. Uusiouutiset 1/2015. toim. Saarinen, E.

Saffarzadeh ym 2016. Saffarzadeh. A., Arumugam. N. & Shimaoka. T. 2016: Aluminum and aluminum alloys in municipal solid waste incineration (MSWI) bottom ash: A potential source for the production of hydrogen gas. International Journal of Hydrogen Energy. Volume 41, Issue 2, 12 January 2016, Pages 820-831

Silva ym 2017. Silva. R.V., .de Brito. J., Lynn. C.J. & Dhir. R.K. 2017: Use of municipal solid waste incineration bottom ashes in alkali-activated materials, ceramics and granular applications: A review. Waste Management. Volume 68, October 2017, Pages 207-220

Sormunen, A. 2017. Jätteenpolton pohjakuonien käyttö maarakentaminessa ja betoniteollisuuden tuotteissa. PP-esitys tuhkaseminaarissa 2.11.2017.

Suomen Erityisjäte Oy. 2017. Jätteenpolton pohjakuonat. Paikallista käsittelyä huipputekniikalla. Luettu 29.10.2017.

Suomen virallinen tilasto (SVT): Jätetilasto [verkkojulkaisu].

ISSN=1798-3339. Yhdyskuntajätteet 2016. Helsinki: Tilastokeskus [viitattu: 7.2.2018].

Tammervoima 2016.