Economic analysis of limestone processing side streams utilisation

Abstract. Industrial side stream utilisation is generating more interest nowadays and it’s is being researched more and more. By-products and wastes might be suitable material for other processes, disposing them causes additional costs and part of the production costs have sunk into them as well. Research for new applications and utilisation possibilities is important, but at least as important is to examine the economic feasibility of industrial side stream utilisation. This thesis focuses on side streams created by SMA Mineral’s burnt lime and dolomite processes. Core of this work is to explore the utilisation of limestone processing side streams in the context of circular economy and examine the possible economic benefits of utilising them. Thesis aims to develop 2 or 3 value chain scenarios in which fine calcite, fine dolomite, filter ash and partly burnt lime generated in the processes is utilised. Business cases of selected scenarios are also presented, and rough financial analysis is done to estimate possible economic benefit of each case. The research methods used are qualitative and descriptive for the most part. The most important part of the empiric research was the innovation workshop, where the value chain scenarios were selected and fleshed out. Interviews were conducted to supplement the workshop before and afterwards. Business cases of each scenario were presented to estimate possible economic benefit. Theoretic foundation was built by doing a literature review on circular economy and relevant concepts such as business ecosystems and value chains. Three value chain scenarios were created and presented in this work: reactive surface structure, lake liming and granulation. Briquettes and granules showed most potential economic benefit (possible profit + disposal savings). Surface structure and lake liming were technically feasible and offered more economic benefits when compared to disposal. Results of this thesis can be used to decide the next step to improve SMA Mineral’s resource efficiency. They can be used to select possible topics for further research to continue to develop a scenario or to get additional information. The results of this thesis are quite context specific. Chosen scenarios are susceptible for company location and goals. The results are also at this moment of time and they could be irrelevant in ten years because of major changes in legislation for example. However, methods used to select and depict value chain scenarios are suitable to research utilisation of other industrial side streams and analyse their economic feasibility.Kalkkikiven jalostuksen sivuvirtojen hyödyntämisen kannattavuusanalyysi. Tiivistelmä. Teollisuuden sivutuotteiden ja jätteiden hyödyntäminen on yhä tärkeämpää ja suuremman mielenkiinnon ja tutkimuksen kohteena. Sivutuotteisiin ja jätteisiin on sitoutunut arvoa tuotantoprosesseissa tuotantokulujen myötä, niiden hävittäminen aiheuttaa myös kustannuksia ja ne voivat olla vielä sinänsä kelvollista materiaalia uusien tuotteiden valmistamiseksi. Tekninen tutkimus ja tuotekehitys ovat tärkeää sivutuotteiden hyödyntämiseksi, mutta yhtä lailla on tärkeää tarkastella teollisuuden sivutuotteiden hyödyntämistä myös taloudellisesta näkökulmasta. Tämän työn aiheena ovat SMA Mineralin kalkinpoltossa ja dolomiitin murskauksessa syntyvien sivutuotteiden hyödyntäminen. Työ keskittyy tarkastelemaan sivutuotteiden käyttöä kiertotalouden periaatteiden asettamassa kontekstissa ja arvioimaan hyödyntämisen kaupallista hyötyä. Työn tavoitteena on kehittää kahdesta kolmeen lupaavaa arvoketjuskenaariota tuotantoprosesseissa syntyvien alitekalsiitin, suodatinpölyn, epäkurantin poltetun kalkin ja hienojakoisen dolomiitin hyödyntämiseksi. Lisäksi valittujen skenaarioiden business caset esitetään ja analysoidaan alustavan taloudellisen hyödyn arvioimiseksi. Työssä käytetään pääasiassa kvalitatiivisia ja deskriptiivisiä tutkimusmenetelmiä. Suurin osa työstä perustuu järjestettyyn innovaatiotyöpajaan, jossa valittiin arvoketjuskenaariot analysoitavaksi. Lisäksi haastatteluita käytettiin työpajan täydentämiseksi. Lisäksi käytettiin business case analyysia skenaarioiden taloudellisen hyödyn arvioimiseksi. Teoreettinen pohja rakennettiin perusteellisella kirjallisuuskatsauksella, jossa käsiteltiin keskeisiä teemoja teollisuuden sivuvirtojen taloudelliseen analysointiin. Työn tärkeimpänä tuloksena oli kolme arvoketjuskenaariota; reaktiivinen pintarakenne, vesistöjen kalkitus ja sivutuotteiden agglomerointi (rakeistaminen ja briketöinti). Kaupallisen hyödyn puolesta kiinnostavimpia olivat rakeistus ja briketöinti, joiden taloudellinen hyöty (tuotto + säästyneet jätekulut) olivat suurimmat. Tekniseltä kannalta tarkasteltuna pintarakenne ja vesistöjen kalkitus olivat myös toimivia ratkaisuja ja kannattavia läjitykseen verrattuna. Työn tulokset toimivat pohjana seuraaville askeleille SMA Mineralin materiaalitehokkuuden parantamisessa. Niiden avulla voidaan valita mahdollisia jatkotutkimuksen kohteita skenaarioiden jatkokehittämiseksi tai tarkempien lisätietojen saamiseksi. Työn tulokset ovat varsin spesifisiä työn kontekstille. Valitut skenaariot vaihtelevat esimerkiksi yrityksen sijainnin ja tavoitteiden mukaan. Lisäksi työ on aikasidonnainen ja tulokset voivat olla hyvin irrelevantteja esimerkiksi kymmenen vuoden päästä. Skenaarioiden valitsemiseen ja analysointiin käytetyt menetelmät soveltuvat kuitenkin muidenkin alojen sivuvirtojen hyödyntämisen analysointiin

Categorisation of industrial side streams for reuse potential evaluation

Abstract Purpose: Industries are creating vast amounts of side streams with many underutilised potentials that a circular economy could harness. Different types of side streams present various challenges and opportunities in terms of their reuse. Thus, it would be beneficial for these industrial side streams to be categorised according to their properties affecting their reuse potential. Study design/methodology/approach: The empirical data for this multiple case study was gathered from industries in Northern Ostrobothnia, Finland. Data collection included company visits, interviews, workshops, seminars, and the collection of existing documentation from the cases, and the data was collected by multiple investigators. The empirical data was analysed using descriptive qualitative methods. Findings: Similarities between industrial side streams of processes were found not to originate from either the industry the process is used in or the material used to process, but rather from the purpose of the process on a more general level. The created categorisation divided industrial side streams based on their origin into process residue materials, process residual energy, energy production residues and process residual structural components. Originality/value: This study provides a tool for the preliminary technical and economic analysis of business cases based on industrial side stream utilisation and deepens the understanding of reusing industrial side streams as raw materials. The created categorisation can distinguish relevant properties affecting each side stream’s reuse potential and guide the creation of business arising from their reuse