Evaluation of alternative use cases for pyrolysis technology
No Thumbnail Available
Files
Keränen_Joanna_2024.pdf (790.81 KB) (opens in new window)
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-09-06
Department
Major/Subject
Informaatioverkostot
Mcode
SCI3026
Degree programme
Teknistieteellinen kandidaattiohjelma
Language
en
Pages
24 + 8
Series
Abstract
This thesis discusses pyrolysis technology, which is a chemical recycling method. Pyrolysis technology can be utilized to achieve multiple targets. These include removing carbon from the atmosphere, reducing emissions, promoting the circular economy, reducing the use of fossil fuels and mitigating the environmental effects related to plastic waste. This thesis con-siders pyrolysis especially as means to sequester atmospheric carbon and dispose of plastic waste. This thesis aims to define the requirements and conditions under which pyrolysis technology is feasible and attempts to suggest significant directions for pyrolysis technology in the future. This thesis is conducted as a literary review. Pyrolysis technology has been identified as an effective chemical recycling process with sig-nificant environmental benefits. Pyrolyzing biomass and transforming it into biochar pro-vides an effective way to sequester atmospheric carbon, which contributes to the mitigation of GHG emissions. Pyrolysis of plastic waste provides an effective way to dispose of plastic waste since the process does not produce any waste as all outputs, char, oil and gas, have useful application. Additionally, pyrolysis is more environmentally friendly than other meth-ods of treating plastic waste, such as landfilling, incineration and mechanical recycling. How-ever, some challenges for the use of plastic as a feedstock have been recognized. Some plas-tics are detrimental to the pyrolysis equipment, which makes the recycling of especially post-consumer plastic waste challenging. Furthermore, the availability of plastic waste is often a limiting factor for large-scale plastic pyrolysis. It has also been concluded that constructing a pyrolysis facility is a large investment, and the facility needs to be able to process a large capacity of feedstock for the process to be eco-nomically feasible. Furthermore, the feedstock price affects the feasibility of the process sig-nificantly and using a free or cheap raw material is particularly advantageous. In biochar pro-duction, additional revenue can be generated by selling carbon offsets in addition to the bio-char itself. Based on these observations it can be argued that with an optimized process, the pyrolysis process can be profitable, and therefore provides a viable way to solve the chal-lenges related to climate change and the plastics industry. Currently, pyrolysis technology is utilized on a commercial scale for oil production. Addi-tionally, biochar production through biomass pyrolysis is also already implemented on a commercial scale. Based on the literature reviewed, future directions for pyrolysis technology were defined. One of these is char production from plastic waste. This could effectively dis-pose of plastic waste while simultaneously preventing the carbon to be released into the at-mosphere. Another technology to research further is co-pyrolysis of plastic and biomass. This would simultaneously support the aim towards net zero emissions and provide a way to manage plastic waste. It has also been observed that co-pyrolysis produces better quality output than the pyrolysis of the individual substances.Tämä kandidaatintyö käsittelee pyrolyysiteknologiaa, joka on eräs kemiallisen kierrätyksen menetelmä. Pyrolyysiteknologian avulla voidaan saavuttaa useita eri tavoitteita. Näihin kuuluvat hiilen poistaminen ilmakehästä, hiilidioksidipäästöjen vähentäminen, kiertotalouden edistäminen, fossiilisten polttoaineiden käytön vähentäminen sekä muovijätteeseen liittyvien haitallisten ympäristövaikutusten minimointi. Tämän työn tavoitteena on määritellä, mitä edellytyksiä pyrolyysiteknologialla on ja millä reunaehdoilla sen toteuttaminen on kannattavaa. Lisäksi työ tarkastelee pyrolyysiteknologian valmiusastetta ja pyrkii ehdottamaan tulevaisuudessa merkittäviä suuntauksia tälle teknologialle. Tämä kandidaatintyö tarkastelee pyrolyysiteknologiaa etenkin hiilensidonnan sekä muovijätteen käsittelyn näkökulmista. Työ on toteutettu kirjallisuustutkimuksena. Tutkimuksessa havaittiin pyrolyysin olevan tehokas kemiallisen kierrätyksen prosessi. Biomassan pyrolyysi mahdollistaa hiilensidonnan ilmakehästä, ja muovin pyrolyysi on toimiva keino hajottaa muovi alkuperäisiin rakennusosiinsa ja käyttää tätä raaka-aineena uusien muovien valmistukseen. Tutkimuksessa kuitenkin huomattiin eräiden muovien olevan haitallisia pyrolyysilaitteistolle, mikä vaikeuttaa muovien kemiallista kierrätystä. Lisäksi havaittiin, että muovijätteen saatavuus osoittautuu usein rajoittavaksi tekijäksi muovin laajassa kemiallisessa kierrätyksessä. Tutkimuksessa huomattiin, että pyrolyysilaitteiston rakentaminen on suuri investointi ja laitoksen tulee pystyä käsittelemään tarpeeksi suuri volyymi raaka-ainetta, jotta prosessi on ylipäätään kannattava. Myös raaka-aineen hinta vaikuttaa vahvasti prosessin kannattavuuteen, ja ilmaisen tai halvan raaka-aineen käyttäminen on taloudellisen kannattavuuden näkökulmasta suotavaa. Biomassan pyrolyysissä kannattavuutta lisää myös päästöhyvitysten luominen sidotusta hiilestä ja näiden myyminen itse tuotteen lisäksi. Näiden havaintojen perusteella voidaan väittää, että pyrolyysiteknologia on optimoidulla prosessilla voitollista ja näin ollen tarjoaa mahdollisen keinon ratkaista ilmastonmuutokseen ja muoviteollisuuteen liittyviä haasteita. Tutkimuksen mukaan pyrolyysiteknologiaa hyödynnetään tällä hetkellä kaupallisella mitta-kaavalla keskittyen öljyn tuotantoon. Lisäksi biomassasta valmistetaan kaupallisella tasolla myös kiinteää biohiiltä, jossa hiili on vakaassa muodossa. Tutkimuksen perusteella määritettiin suuntauksia, joihin tutkimuksen sekä kaupallisten toimijoiden tulisi tulevaisuudessa keskittyä, jotta pyrolyysiteknologialla voitaisiin tehokkaasti ratkaista kasvihuonekaa-supäästöihin ja muovijätteeseen liittyviä ongelmia. Yksi näistä suuntauksista on kiinteän hiilen tuotanto myös muoviraaka-aineesta. Tämä voisi toimia samanaikaisesti muovijätteen määrän vähentämisessä sekä hiilen varastoimisessa sen ilmakehään vapauttamisen sijaan. Toinen keskeinen suuntaus, johon tulisi keskittyä, on muovin ja biomassan rinnakkaispyrolyysi (eng. co-pyrolysis). Se tukee samanaikaisesti nettonollapäästöjen saavuttamista ja tarjo-aa keinon käsitellä muovijätettä. On myös huomattu, että rinnakkaispyrolyysi tuottaa itse asiassa parempilaatuisia lopputuotteita kuin raaka- aineiden erillinen käsittely.Description
Supervisor
Fagerholm, FabianThesis advisor
Hakanen, EskoKeywords
pyrolysis, biochar, plastic waste, economic feasibility, technology readiness level