Comparative analysis of hydrothermal carbonization carbon footprint in biosludge treatment

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2024-05-20

Department

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Water and Environmental Engineering (WAT)

Language

en

Pages

102+6

Series

Abstract

This study aims to assess wet waste treatment technologies in terms of carbon footprint. The life cycle analysis studies of conventional wet waste treatment technologies found in the literature are compared, and the calculation of the carbon footprint for a modified hydrothermal carbonization (HTC) process is conducted. HTC is a relatively new wet waste treatment technology aiming to support sustainable waste management by offering an alternative to other common treatment methods. Evac has launched the company’s own HTC solution, Evac HydroTreat, which is currently utilized in passenger vessels treating food waste and biosludge. In this work, the applicability of Evac HydroTreat to land-based utilization is completed by re-dimensioning the current HTC facility. This is carried out based on the study case from a pulp and paper mill that generates biosludge (10% TS) 100 m3/day. The energy consumption and carbon footprint of this modified Evac HydroTreat are calculated and a rough comparison between other treatment methods is completed. As HTC is a relatively new technology in the wet waste treatment markets this work includes an overview of the current stage of HTC technology. The current HTC suppliers as well as the market potential of HTC are assessed shortly. Also, the legislation and management actions related to wet waste management are introduced. According to the findings of this work, HTC has the potential to function in land-based operations and enhance sustainable wet waste treatment. Among all the wet waste treatment technologies assessed in this work, HTC performs as the most environmentally friendly treatment method. The carbon footprint of HTC could lead to negative values, as resulted in the calculations of this study as well as in the literature life cycle analysis studies. Energy-intensive pretreatment steps in other common wet waste treatment techniques increase the total emissions of the processes. Interest in utilizing HTC for wet waste treatment is growing in the EU, indicating a promising future for this technology.

Tutkimuksen tavoitteena on arvioida märkäjätteen käsittelytekniikoiden hiilijalanjälkiä. Työssä vertaillaan kirjallisuudesta löytyviä märkäjätteen käsittelymenetelmien hiilijalanjälkiä ja lasketaan hiilijalanjälki muokatulle märkähiilto (HTC, engl. Hydrothermal carbonization ) prosessille. HTC on verrattain uusi tekniikka märkäjätteiden käsittelyssä ja se voidaan nähdä ympäristöystävällisempänä vaihtoehtona verrattuna nykyisiin märkäjätteiden käsittelymenetelmiin. Evacilla on oma HTC-laitoksensa, Evac HydroTreat, jota tällä hetkellä käytetään matkustajalaivoilla ruokajätteen ja biolietteen käsittelyyn. Tässä työssä nykyinen Evacin HTC-laitos mitoitetaan vastaamaan sellu- ja paperitehtaan biolietetuotantoa, joka on 100 m3 päivässä kiintoainepitoisuudella 10 %. Tälle laitteistolle lasketaan energiankulutus ja hiilijalanjälki. Maapuolelle soveltuvaa HTC-laitosta ja muita märkälietteen käsittelymenetelmiä vertaillaan myös suuntaa-antavasti. Koska HTC on suhteellisen uusi teknologia märkäjätteen käsittelyssä, tässä työssä arvioidaan HTC-teknologian tilannetta markkinoilla. HTC:tä hyödyntävät yritykset on listattu sekä HTC:n markkinapotentiaalia on analysoitu lyhyesti. Lisäksi esitellään märkäjätteisiin liittyvää lainsäädäntöä ja hallinnollisia toimia. Tulokset tässä työssä osoittavat, että HTC:llä on mahdollisuus toimia maapuolella ja parantaa kestävää märkäjätteen käsittelyä. Kaikista tässä työssä arvioiduista märkäjätteen käsittelymenetelmistä HTC:llä on pienin hiilijalanjälki. Tämän tutkimuksen laskelmat ja kirjallisuuden elinkaaritutkimukset osoittavat, että HTC:n hiilijalanjälki voi olla negatiivinen. Muut yleisemmät märkäjätteen käsittelmenetelmät tarvitsevat paljon energiaa vaativia lietteen esikäsittelyvaiheita lisäten prosessien kokonaispäästöjä. Kiinnostus HTC:n käytöstä märkäjätteen käsittelyssä kasvaa EU:ssa, mikä osoittaa lupaavaa tulevaisuutta kestävälle jätteenkäsittelylle.

Description

Supervisor

Mikola, Anna

Thesis advisor

Riska, Mats

Keywords

carbon footprint, wet waste treatment, HTC, pulp and paper industry

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202405263804

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG