Environmental impact of activated carbon production from various raw materials
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
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.
Author
Date
2021-10-18
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Water and Environmental Engineering (WAT)
Language
en
Pages
104 + 32
Series
Abstract
Activated carbon (AC) is an effective adsorbent in water purification. However, the production of AC has a significant environmental footprint as was discovered by the client of this thesis, Helsinki Region Environmental Services, in an assessment of the environmental impacts of their drinking water treatment process. Therefore, the aim of this study was to determine which AC types have the lowest environmental impacts. A secondary aim was to identify the most relevant environmental impacts and the factors contributing towards them. A cradle-to-gate life cycle impact assessment (LCA) was conducted on coal, coconut shell, tree bark, peat, and reactivated coal ACs. LCA is a method to holistically quantify the different potential environmental impacts that could occur during the life cycle of a product or service. Life cycle data was collected from the ecoinvent database and scientific literature. The LCA modeling software, GaBi, was used, and environmental impacts in 12 different categories were calculated using the CML 2001 method. Global warming potential (GWP) was chosen as the impact category of most interest to the client of the study. When including biogenic carbon emissions, the GWP of reactivated coal AC was found to be 72—80% lower than for the virgin ACs. When biogenic carbon emissions were excluded, the GWPs of coconut shell and bark AC were found to be even lower than that of reactivated coal AC. This study recommends reactivation of AC over the use of virgin AC. For virgin AC production, biomass residuals should be preferred as raw material over fossil materials. More primary data on the emissions of industrial AC production is needed for accurate numerical results. The results of this study should be used in the context of further research into the technical feasibility and differences of the AC types.Aktiivihiili on tehokas adsorbentti veden puhdistuksessa. Aktiivihiilellä on kuitenkin merkittävä ympäristöjalanjälki, kuten tämän tutkimuksen toimeksiantaja, Helsingin seudun ympäristöpalvelut, havaitsi talousvedenpuhdistusprosessinsa elinkaariarvioinnissa. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää millä aktiivihiilityypillä on pienin ympäristökuormitus. Toissijaisena tavoitteena oli tunnistaa aktiivihiilen tuotannon merkittävimmät ympäristövaikutukset ja niihin vaikuttavat elinkaaren vaiheet. Tutkimuksessa tehtiin aktiivihiilen tuotannon elinkaariarviointi kivihiili-, kookos-, puunkuori- ja turveperäisestä aktiivihiilestä, sekä reaktivoidusta kivihiiliperäisestä aktiivihiilestä. Elinkaariarvioinnilla voidaan kokonaisvaltaisesti arvioida tuotteen tai palvelun elinkaaren aikaisia mahdollisia ympäristövaikutuksia. Tutkimuksen aineisto on kerätty ecoinvent-tietokannasta ja tieteellisistä tukimuksista. Mallinnukseen käytettiin GaBi-ohjelmaa, ja ympäristövaikutukset laskettiin 12 eri kategorialle CML 2001 -metodilla. Lämmityspotentiaali (engl. Global Warming Potential, GWP) valittiin tarkasteluun kiinnostavimpana ympäristövaikutuskategoriana. Kun biogeeniset hiilipäästöt huomioitiin, reaktivoidun kivihiiliperäisen aktiivihiilen GWP oli 72—80% pienempi kuin neitseellisten aktiivihiilten. Kun biogeeniset hiilipäästöt jätettiin huomioimatta, kookos- ja puuperäisten aktiivihiilten GWP oli vielä tätä pienempi. Tutkimuksen johtopäätöksissä suositellaan reaktivoidun aktiivihiilen suosimista neitseellisen sijasta. Neitseellisen aktiivihiilen tuotantoon pidetään biomassaylijäämiä suositeltavampana raaka-aineena kuin fossiiliperäisiä materiaaleja. Täsmällisempiin numeerisiin tuloksiin aktiivihiilen ympäristövaikutuksista tarvitaan kuitenkin lisää dataa teollisen tuotannon todellisista päästöistä. Tässä tutkimuksessa ei huomioitu eri aktiivihiilten teknistä soveltuvuutta tai eroja, joten tämän tutkimuksen tuloksia tulee soveltaa vaadittavan lisätutkimuksen yhteydessä.Description
Supervisor
Vahala, RikuThesis advisor
Dahl, OlliLaurell, Panu
Keywords
LCA, environmental impact, activated carbon, water treatment, GaBi, global warming potential
