Uusiovedet vihreän vedyn tuotannossa : case Mikkeli

Abstract

Tässä pro gradu- tutkielmassa tarkastellaan eri menetelmillä tuotettujen uusiovesien mahdollisuuksia toimia vihreän vedyn tuotannossa. Vedyn tuotantoa jätevesistä on tutkittu laboratoriomittakaavassa, mutta aiempaa teoreettista tai kokeellista tutkimusta tässä tutkimuksessa tuotettujen uusiovesien soveltuvuudesta vedyn tuotannossa ei ole saatavilla. Tämä tutkielma käsittelee teoreettisesti vetytaloutta sekä laajalti erilaisia fossiilipohjaisia ja uusiutuviin lähteisiin pohjautuvia vedyn tuotantomenetelmiä. Näiden lisäksi tarkastellaan erilaisia vetyanalytiikan menetelmiä, kuten rotaatio-Raman-spektroskopiaa ja kaasukromatografiaa. Tutkielma käsittelee lyhyesti myös kunnallisen jäteveden käsittelytekniikoita uusiovesien tuotannossa, osittain pohjautuen Mikkelin jätevedenpuhdistamon pilot-mittakaavan prosessiin.

Kokeellinen osuus käsittelee tutkimuksessa tuotettujen uusiovesien: NF (Nanofiltration)-, RO (Reverse osmosis)- permeaatin ja AOP (Advanced oxidation process)- veden sekä MBR (Membrane bioreactor)- tekniikalla käsittelyn jäteveden eli MBR-permeaatin laatua ja puhtautta vesikemian näkökulmasta sekä näiden vesien testausta elektrolyyttisessä vedyn tuotannossa laboratoriomittakaavassa. Uusiovesien rinnalla tutkitaan myös vertailuvesiksi valikoituja Mikkelin kantakaupungin talous- ja pohjavettä. Tutkielman tulostarkastelussa vertaillaan eri vesilaatujen soveltuvuutta ja toimivuutta vedyn tuotannossa testaamalla niitä alkalisessa elektrolyysissä. Tulostarkastelu pohjautuu vesianalyysien, induktiivisesti kytketty plasma- optinen emissio- spektroskopian (ICP-OES), rotaatio-Raman-spektroskopian sekä SEM-EDX:n tuloksiin.

Vedyn tuotannon testaus alkalisella elektrolyysillä osoitti, että kaikki tutkitut vesilaadut tuottivat vetyä, mutta parhaimmat vedyntuotantokapasiteetit olivat uusiovesien AOP-vedellä ja RO-permeaatilla. Tämän tutkimuksen tulosten perusteella voitiin todeta, että vedyn tuotantokapasiteetti ei riipu yksinomaan elektrolyysiveden epäpuhtauksien määrästä ja laadusta tai veden sähkökemiallisista ominaisuuksista, vaan tuotannon määrä ja tehokkuus ovat näistä kaikista tekijöistä riippuvaisia.