Costs and Potential of Carbon Capture and Storage at an Integrated Steel Mill

AbstractIn this study different possibilities and the feasibility of applying carbon capture at an integrated steel mill based on blast furnace process, in order to reduce carbon dioxide emissions were studied. Technologies considered for capturing of CO2 are post-combustion carbon capture (PCC) and oxygen blast furnace route (OBF). Post-combustion capture for the integrated steel mill was evaluated in an earlier study by Arasto et Al. and Tsupari et Al. [1,2]. Implications of different capture amounts, different solvents for post-combustion capture and process integration levels to the greenhouse gas balance and operation economics are compared to the steel production base case with varying costs of CO2 emission allowances. Furthermore the effect of reducing the carbon intensity of steel production on the final steel production cost is evaluated.Iron and steel industry is responsible of around 5% of the overall global CO2 emissions [3]. Steel production based on the blast furnace and basic oxygen furnace-based route is the main technology corresponding to the growth in global steel production [4] and this technology route is also the main source of CO2 emissions in the iron and steel industry.The assessment of potential and cost for carbon capture and storage in the iron and steel industry is based on a case study on Ruukki Metals Oy's steel mill in Raahe. The mill is situated on the northeastern coast of the Gulf of Bothnia. It is the largest integrated steel mill in the Nordic countries producing hot rolled steel plates and coils. It is also the largest CO2 point source in Finland emitting approximately 4 Mton of CO2/year. Raahe steel mill produces district heat for use in the town nearby as well as for use onsite for heating of the premises. The power plant is connected to the national electricity grid, and thus it is possible to buy and sell electricity across system boundary.In contrast to power plant applications of CCS, CO2 emission sources at an integrated steel mill are scattered around the industrial site and the flue gases are led to several stacks. Due to this, the capture process evaluation is much more complex and requires system level optimization. Carbon capture processes and process integration options were modeled using Aspen Plus process modeling software and the results were used to estimate CO2 emission reduction possibilities and carbon abatement costs at the integrated steel mill from an investor's point of view. Different heat integration options and heat utilization scenarios were investigated and optimized with a custom-built CC-Skynet™ economics toolkit. Heat available for solvent regeneration varies between these heat utilization scenarios and thus different capture amount are investigated depending on the heat available for solvent regeneration in different case studies. Also different technologies related to oxygen blast furnace were considered, both for oxygen production and for top gas treatment. The application of oxygen blast furnace effects directly e.g. to the coke consumption of process and power production on site, and thus a new design considering new heat and process gas integration opportunities is essential.With a whole chain approach, including CO2 capture, processing, transport and storage, results show significant reduction potential at an integrated steel mill with carbon capture technologies. Ship transportation of CO2 is considered due to the location of the installation. Results show also the cost structure and feasibility of the studied technologies. Cost breakeven points for carbon capture at an integrated steel mill, for the plant owner and costs for globally avoided emissions are calculated. The study also reveals some major technical restrictions of the application. Finally the pros and cons of the technologies are compared and the role and potential of CCS as a carbon abatement tool in the European steel industry is considered

Development of chemical looping combustion technology for bio-CCS application

Carbon capture and storage (CCS) is acknowledged as an important technology in cost-efficiently achieving the required greenhouse gas emission reductions this century. Combining biomass combustion with CCS (Bio-CCS; BECCS) offers the possibility of “negative” CO2 emissions. In the latest IPCC assessment, bio-CCS was found to have an important role to play in climate change mitigation. Many scenario models were not able to achieve the necessary reduction in greenhouse gas concentration in the atmosphere to 450 ppm CO2eq by 2100 if key technologies, such as bioenergy, CCS, and their combination were limitedly available (IPCC, 2014). Chemical looping combustion (CLC) is a new technology being developed that could be promising both for biomass combustion and as a bio-CCS application. In chemical looping combustion, the fuel is oxidized in two separate reactors with solid metal oxide particles, called “oxygen carriers”, transporting the oxygen between the two reactors. In the air reactor, the metal oxide particles react with the oxygen in air, after which the particles are transported to the fuel reactor, where they react with the fuel. It is expected that high-temperature corrosion problems can be significantly reduced in a bio-CLC reactor as compared to a conventional biomass furnace. This is because heat will be extracted mainly in the exothermic air reactor, in which there will be no alkali compounds present and very little fly ash. This should in turn allow the use of higher steam parameters in comparison to conventional biomass combustion, which would improve the power generation efficiency. In order to test and verify the benefits of bio-CLC, a new dual fluidized bed (DFB) test rig applicable for biomass was converted into a 10-50 kWth scale bio-CLC test rig. The test rig is located at VTT’s new piloting centre Bioruukki in Finland and consists of a circulating fluidized bed (CFB) air reactor interconnected with a bubbling fluidized bed (BFB) fuel reactor. A set of tests is currently being carried out using ilmenite as oxygen carrier and wood pellets as fuel. The main objectives are to study and optimize operation and process parameters for CLC using biomass-based fuels with both high and low volatile contents. In addition, deposit formation and corrosion will be evaluated in order to evaluate the possibility for improving power generation efficiency by using enhanced steam parameters. The research is carried out in the framework of two research projects: the Carbon Capture and Storage R&D Program (CCSP) with financial support from Tekes - the Finnish Funding Agency for Innovation, and Nordic Energy Research’s flagship project ”Negative CO2 Emissions with Chemical Looping Combustion of Biomass”

Spectrum, Volume 12, Number 20

Highlights include: 1994 was the first year in which any member of the University community could be awarded the 30 year honor. Last year. Registrar Douglas Bohn and Professor Maria Toiriera were handed medals for their service. This year Professor of Mathematics Raoul DeVilliers and Professor of Art Virginia Zic will receive 30 year medals -- Twelve faculty members, representing all disciplines, have become involved in a new Writing Advisory Board. Director of Freshman Communications Dr. Alison Warriner formed the board with the future of writing instruction at Sacred Heart University in mind. The Writing Advisory Board is currently discussing options to bring a writing-across-the-curriculum (WAC) program to SHU --Four professors take sabbatical: professors will be involved in projects designed to enhance their effectiveness as university faculty. Associate Professor of philosophy, Dr. Edward A. Papa, in his eighth year with the University will be writing. Dr. Gary L. Rose, professor of political science, will be completing his fourth book The American presidency under siege. After 29 years with the University, Associate Professor of biology. Dr. Carol Schofield will undertake the task of redesigning the University’s anatomy and physiology laboratories, using a multi-media interactive approach to learning. Ninth year history professor Dr. Thomas Curran will be involved in several research projects. His primary focus will be on revising his dissertation, “Education and Society in Republican China,” which deals with the changing status of intellectuals --Professor Jonathan Matte makes Math magnificent

PENGARUH KEADILAN ORGANISASI DENGAN MEDIASI STRATEGI KOPING TERHADAP BURNOUT PADA PEKERJA SOSIAL DINAS SOSIAL

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui apakah ada pengaruh keadilan organisasi dengan mediasi strategi koping terhadap burnout  pada pekerja sosial dinas  sosial. Subyek penelitian sebanyak 119 pekerja sosial Dinas Sosial. Data penelitian dikumpulkan dengan empat skala, yaitu skala keadilan organisasi, skala startegi koping berfokus kepada masalah, skala strategi koping berfokus pada emosi dan skala burnout. Data dianalisis dengan  menggunakan structural equation model (SEM). Hasil penelitian menyatakan bahwa  Keadilan organisasi (distributif, prosedural, interaksional) dengan mediasi strategi koping berpengaruh signifikan terhadap burnout dengan nilai β masing-masing -0.250, 0.203 dan 0.153 dengan p masing-masing 0.000, 0.02  dan 0.011. Temuan ini memberikan peluang  bagi peneliti berikutnya untuk menyelidiki lebih lanjut tentang keadilan organisasi melalui strategi lainnya terhadap burnout pada pekerja sosial dinas sosial

Tarkastelurajausten vaikutus ilmastonmuutoksen hillintäkeinojen tehokkuuteen

Despite international agreements, global greenhouse gas (GHG) emissions have not decreased according to the targets. Consequently, our generation is creating an enormous problem for future generations. As climate change is a global problem, GHG emissions must decrease globally. Consequently, international policies are needed, actions should be effective and the impacts should be assessed with broad boundaries. In Europe, the cornerstone of climate policy is the EU Emissions Trading Scheme (EU ETS) but the rebound impacts within the EU ETS are often excluded in the assessments. This dissertation examines the impacts of major CO2 emission reduction solutions with different system boundaries, highlighting the importance of boundary selection on the results. In addition, the economic feasibilities of the selected solutions are evaluated.The case examples represent the most important sectors in terms of global CO2 emissions, such as electricity and heat production, the steel industry and transport. The studied technologies include efficient Waste-to-Energy (WtE) concepts with high power-to-heat ratio, utilisation of CO2 Capture and Storage (CCS) in different applications, replacing steel mill blast furnaces with Oxygen Blast Furnaces (OBF), Combined Heat and Power (CHP) and Carbon Capture and Utilisation (CCU) for storable fuels, which can be used for example in transportation. The results highlight the importance of the consequences in the electricity production system as well as the rebound impacts in the EU ETS. For example, the studied concepts to decrease direct GHG emissions of steel mills lead to increased power purchase from markets and consequently increase in emissions of the power system. The impacts of CCU concepts based on electrolysis increase the emissions in electricity production but enable a decrease in the usage of fossil fuels in transportation. In addition, converting electricity to storable fuels enable higher shares of variable solar and wind energy in the power systems. The consequences in the power systems are complex, including for example the impacts on electricity imports and exports, future investments and the EU ETS. Even if these impacts can be recognised by qualitative means, unambiguous quantitative consequences cannot be given. Understanding the decisive impacts of the framework and boundaries is crucial to interpreting different assessments and making effective actions and policy decisions. Solutions which decrease emissions within a narrow system boundary can actually increase the emissions of the broader system.Kansainvälisistä sopimuksista huolimatta globaaleja kasvihuonekaasupäästöjä ei ole saatu vähennettyä ja sukupolvemme on jättämässä perinnöksi tuleville sukupolville valtavan haitan. Globaalina ongelmana ilmastonmuutos vaatii laajoja kansainvälisiä sopimuksia ja laaja-alaisesti vaikuttavia keinoja.Euroopassa keskeisin ilmastopoliittinen ohjauskeino on EU:n laajuinen päästökauppa (EU ETS), jonka merkitys on kuitenkin usein unohdettu tarkasteltaessa toimenpiteiden ilmastovaikutuksia. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan eräiden päästövähennysratkaisujen vaikutuksia esimerkkitapauksissa erilaisilla järjestelmärajauksilla, jolloin rajausten ratkaiseva merkitys näkyy tuloksissa. Lisäksi arvioidaan päästövähennysten taloudellista kannattavuutta. Esimerkkitapaukset edustavat globaalien hiilidioksidipäästöjen kannalta tärkeimpiä sektoreita kuten sähkön ja lämmön tuotantoa, terästeollisuutta ja liikennettä. Tarkastellut teknologiset ratkaisut sisältävät tehokkaita korkean rakennusasteen jätteenpolttoratkaisuja, hiilidioksidin talteenottoa ja varastointia (CCS) eri sovelluskohteissa, terästehtaan masuunien korvaamista happimasuuneilla, sähkön ja lämmön yhteistuotantoa (CHP) eri polttoaineilla sekä hiilidioksidin hyötykäyttöä (CCU) esimerkiksi liikennepolttoaineiksi. Tuloksissa korostuvat erityisesti vaikutukset sähköjärjestelmään sekä EU ETS:n takaisinkytkentöjen merkitys. Esimerkiksi tarkastellut terästehtaan ratkaisut vähentävät merkittävästi tehtaan suoria päästöjä, mutta kasvattavat sähkön hankintaa verkosta lisäten päästöjä sähkön tuotantojärjestelmässä. Samankaltaisia vaikutuksia seuraa elektrolyysiin perustuvista CCU-ratkaisuista, joiden avulla kuitenkin voidaan vähentää fossiilisten polttoaineiden käyttöä esimerkiksi liikenteessä sekä lisätä vaihtelevan uusiutuvan energian (aurinko- ja tuulivoima) osuutta energiajärjestelmissä. Vaikutukset sähköntuotantojärjestelmään ovat erittäin moniulotteisia, sisältäen mm. vaikutuksia sähkön tuontiin ja vientiin, tulevaisuuden investointeihin ja päästökauppaan. Kaikkia vaikutuksia ei ole mahdollista yksiselitteisesti huomioida tarkasteltavien toimenpiteiden ilmastovaikutuksissa. Toimintaympäristön sekä rajausten ratkaisevan vaikutuksen ymmärtäminen on keskeistä erilaisten tarkastelujen tulkitsemiseksi sekä tehokkaiden toimien ja poliittisten päätösten tekemiseksi. Ratkaisut, jotka vähentävät päästöjä kapealla tarkastelurajauksella saattavat todellisuudessa lisätäkin päästöjä laajemmassa järjestelmässä

Kuormituksen ja polttoaineseoksen vaikutus voimalaitosten ja lämpökeskuksien typpioksiduuli- ja metaanipäästöihin:Diplomityö

Tämän diplomityön tavoitteena oli tarkentaa kasvihuonekaasupäästöjen (KHK-päästöjen) arvioinnissa käytettäviä päästökertoimia. Teollisuusmaat raportoivat KHK-päästönsä vuosittain YK:n ilmastosopimuksen (UNFCCC) sihteeristölle ns. KHK-inventaariolla. Tämä työ käsittelee energiantuotannosta syntyviä kasvihuonekaasuja. Polttoprosesseista syntyvä hiilidioksidi (C02) voidaan arvioida melko tarkasti, sillä käytännössä lähes kaikki polttoaineen hiili hapettuu poltossa hiilidioksidiksi. Raportoitavista kasvihuonekaasuista polttoprosessien typpioksiduuli- (N20) ja metaanipäästöt (CH4) riippuvat kuitenkin paljon olosuhteista ja niiden arvioiminen päästökertoimilla laskemalla on siksi epätarkkaa. Tässä työssä hyödynnetään VTT:n vuonna 2005 FTIR-laitteella mittaamia N20- ja CH4- pitoisuuksia neljän leijapetikattilan ja yhden öljypolttimen savukaasuista. Aiemmista mittauksista poiketen nämä mittaukset tehtiin KHK-inventaariota ajatellen, ja niillä pyrittiin saamaan tietoa mitatun laitoksen keskimääräisistä päästöistä. Mittaukset pyrittiin toteuttamaan mahdollisimman pitkäkestoisina juuri keskiarvon epätarkkuuden pienentämiseksi. Erityisesti haluttiin tietoa erilaisten polttoainekuormitusten vaikutuksesta päästöihin. Mittaustulosten yleistämiseksi tutkittiin myös tiettyjen polton N20- ja CH4- päästöihin vaikuttavien asioiden yleisyyttä. Tutkimuksessa tehtiin kysely suomalaisille energiayhtiöille ja -laitoksille, jossa kysyttiin muun muassa laitosten kuormitustietoja, mittauslaitteita ja tekniikkatietoja. Esimerkiksi laitosten kuormitustasoissa esiintyi suuria eroja. Yhdistämällä kuormitustiedot mittaustietoihin, saatiin tutkituille kaasuille määritettyä aiempia päästökertoimia tarkemmat kertoimet. Työssä tehtiin myös kirjallisuuskatsaus tutkittujen päästöjen syntymisestä ja päästömääriin vaikuttavista tekijöistä. Mittaustulokset vastasivat teoriaa. Tuloksista nähdään muun muassa kuinka N20-ominaispäästö [mg/MJpa] kasvaa kuorman laskiessa ja kuinka hyvin CH4-päästö korreloi hiilimonoksidipäästön (CO) kanssa. Nämä riippuvuudet mahdollistavat päästöjen arvioimisen myös prosessitietojen perusteella, jolloin yleistämisistä aiheutuvat virheet vähenevät. Tämän diplomityön tärkeimpänä tuloksena voidaan pitää tarkennettuja vuosittaisia päästökertoimia mitattujen laitostyyppien osalta. Suurin ero nykyisin käytettyihin kertoimiin havaittiin CFB-kattiloiden N20-päästökertoimissa, jotka ovat mittausten mukaan huomattavasti pienemmät kuin laskennassa käytetyt. Muuttamalla laskennan päästökertoimet mittausten mukaisiksi, vähenisivät Suomen päästöt satoja tuhansia C02- ekvivalentteja tonneja vuodessa. Vuoden 2002 tiedoilla vähennys olisi noin 230 tuhatta C02-ekv. tonnia, mikä vastaa noin 0,3 % Suomen arvioiduista KHK-päästöistä

Kuormituksen ja polttoaineseoksen vaikutus voimalaitosten ja lämpökeskuksien typpioksiduuli- ja metaanipäästöihin

Tämän diplomityön tavoitteena oli tarkentaa kasvihuonekaasupäästöjen (KHK-päästöjen) arvioinnissa käytettäviä päästökertoimia. Teollisuusmaat raportoivat KHK-päästönsä vuosittain YK:n ilmastosopimuksen (UNFCCC) sihteeristölle ns. KHK-inventaariolla. Tämä työ käsittelee energiantuotannosta syntyviä kasvihuonekaasuja. Polttoprosesseista syntyvä hiilidioksidi (C02) voidaan arvioida melko tarkasti, sillä käytännössä lähes kaikki polttoaineen hiili hapettuu poltossa hiilidioksidiksi. Raportoitavista kasvihuonekaasuista polttoprosessien typpioksiduuli- (N20) ja metaanipäästöt (CH4) riippuvat kuitenkin paljon olosuhteista ja niiden arvioiminen päästökertoimilla laskemalla on siksi epätarkkaa. Tässä työssä hyödynnetään VTT:n vuonna 2005 FTIR-laitteella mittaamia N20- ja CH4- pitoisuuksia neljän leijapetikattilan ja yhden öljypolttimen savukaasuista. Aiemmista mittauksista poiketen nämä mittaukset tehtiin KHK-inventaariota ajatellen, ja niillä pyrittiin saamaan tietoa mitatun laitoksen keskimääräisistä päästöistä. Mittaukset pyrittiin toteuttamaan mahdollisimman pitkäkestoisina juuri keskiarvon epätarkkuuden pienentämiseksi. Erityisesti haluttiin tietoa erilaisten polttoainekuormitusten vaikutuksesta päästöihin. Mittaustulosten yleistämiseksi tutkittiin myös tiettyjen polton N20- ja CH4- päästöihin vaikuttavien asioiden yleisyyttä. Tutkimuksessa tehtiin kysely suomalaisille energiayhtiöille ja -laitoksille, jossa kysyttiin muun muassa laitosten kuormitustietoja, mittauslaitteita ja tekniikkatietoja. Esimerkiksi laitosten kuormitustasoissa esiintyi suuria eroja. Yhdistämällä kuormitustiedot mittaustietoihin, saatiin tutkituille kaasuille määritettyä aiempia päästökertoimia tarkemmat kertoimet. Työssä tehtiin myös kirjallisuuskatsaus tutkittujen päästöjen syntymisestä ja päästömääriin vaikuttavista tekijöistä. Mittaustulokset vastasivat teoriaa. Tuloksista nähdään muun muassa kuinka N20-ominaispäästö [mg/MJpa] kasvaa kuorman laskiessa ja kuinka hyvin CH4-päästö korreloi hiilimonoksidipäästön (CO) kanssa. Nämä riippuvuudet mahdollistavat päästöjen arvioimisen myös prosessitietojen perusteella, jolloin yleistämisistä aiheutuvat virheet vähenevät. Tämän diplomityön tärkeimpänä tuloksena voidaan pitää tarkennettuja vuosittaisia päästökertoimia mitattujen laitostyyppien osalta. Suurin ero nykyisin käytettyihin kertoimiin havaittiin CFB-kattiloiden N20-päästökertoimissa, jotka ovat mittausten mukaan huomattavasti pienemmät kuin laskennassa käytetyt. Muuttamalla laskennan päästökertoimet mittausten mukaisiksi, vähenisivät Suomen päästöt satoja tuhansia C02- ekvivalentteja tonneja vuodessa. Vuoden 2002 tiedoilla vähennys olisi noin 230 tuhatta C02-ekv. tonnia, mikä vastaa noin 0,3 % Suomen arvioiduista KHK-päästöistä