Tutkimus ja kehitys

Johdanto

T&K-toimintamme keskittyy taloudellisesti kannattaviin ja ympäristön kannalta kestäviin energiaratkaisuihin. Etsimme uusia kustannustehokkaita ratkaisuja uusiutuvan energian tuotantoon.

Kehitystyötä tehdään kuitenkin paljon myös perinteisillä liiketoimintasegmenteillämme, jotka perustuvat yhä pitkälti fossiilisiin polttoaineisiin: parannamme jatkuvasti polttoainetuotteitamme, jotta täyttäisimme asiakkaiden tarpeet liittyen tehokkuuteen ja ympäristöystävällisyyteen.

Olemme eri lähteiden pohjalta koonneet näkemyksemme pohjoismaisten energiamarkkinoiden muutoksista ja haasteista tulevien parin vuosikymmenen aikana. St1 Nordic Energy Outlook  toimii pohjana ja tiekarttana T&K-toiminnoillemme. Julkaisimme päivityksen energiakatsauksen ensimmäiseen versioon vuonna 2017,  ja sitä tullaan päivittämään uudelleen tarpeen mukaan. 

Etanolin tutkimuslaboratorio

Uudet raaka-aineet

Kartoitamme potentiaalisia jätepohjaisia raaka-aineita edistyneen etanolin tuotantoon 

St1:n tutkimus- ja tuotekehityslaboratorio testaa ja seuloo uusia potentiaalisia raaka-aineita käytettäväksi edistyneen etanolin tuotannossa. Tutkimus keskittyy jätepohjaisiin raaka-aineisiin ja tärkeimpiä soveltuvuuskriteerejä ovat raaka-aineen saatavuus ja kustannustehokkuus sekä etanolin tuotantoprosessin kestävyys.

EU-asetusten mukaisesti edistynyttä etanolia voidaan tuottaa rajatuista ruokaketjun ulkopuolisista raaka-aineista. Erityisesti Pohjoismaissa on saatavilla runsaasti ruokaketjun ulkopuolisia raaka-aineita – kuten sahapurua ja metsäteollisuuden ylijäämiä. St1 tutkii myös Thaimaassa runsaasti saatavilla olevaa kassavajätettä: pilottitestaukset laboratoriossa ovat osoittaneet, että se on lupaava raaka-aine EtanolixTM-tuotantoprosessissamme.

Prosessitestaus

Eri tuotantovaiheiden optimointi

St1:n tutkijat työskentelevät tiiviisti yhdessä prosessi-insinöörien ja liiketoiminnan kehittäjien kanssa tulevaisuuden etanolitehtaiden kehittämiseksi. Uusia prosesseja tutkitaan ensin laboratoriossa pienessä mittakaavassa, kunnes ne ovat valmiita siirrettäviksi prosessi-insinööreille teollisen mittakaavan suunnittelua varten.

Etanolin tuotantoprosessimme tuottavat myös muita tuotteita kuin edistynyttä etanolia: niin sanottuja sivutuotteita, jotka ovat tärkeitä prosessin kokonaiskustannustehokkuudelle. Esimerkiksi yksi St1 CellunolixTM- prosessin sivutuote on ligniini - entsymaattisessa hydrolyysivaiheessa syntyvä sivutuote, jota voidaan käyttää biocrude-jalosteen valmistamisessa sekä perinteisessä öljynjalostuksessa raakaöljyn joukossa uusiutuvan dieselin tuottamiseksi.

Geoterminen lämmöntuotanto

Otaniemen pilottiprojekti

Puhdasta geotermistä lämpöä maan syvyyksistä

Tulevaisuuden päästötön energiamuoto on löydettävissä maan uumenista. St1 poraa 6,5 kilometrin syvyyteen Espoon kallioperään, syvemmälle kuin koskaan ennen Suomessa. St1 Deep Heat -pilottiprojektin tavoitteena on rakentaa maamme ensimmäinen geotermisellä energialla toimiva, teollisen mittakaavan lämpölaitos Fortumin lämpölaitoksen alueelle Otaniemeen.

Geoterminen energia on lupaava vaihtoehto päästöttömässä lämmöntuotannossa. Onnistuessaan pilottiprojekti voi mullistaa sen, miten Suomessa tuotetaan lämpöä. St1:llä on jo ennestään kokemusta kestävästi tuotetusta uusiutuvasta energiasta, ja geoterminen lämpö onkin yhtiölle luonteva seuraava askel.

Yksinkertainen prosessi, jossa on haasteena Suomen kova kallioperä

Prosessi, jolla geotermistä lämpöä otetaan talteen, on varsin yksinkertainen. Aluksi maaperään porataan kaksi noin 6,5 kilometrin syvyistä reikää. Toisesta pumpataan vettä alas kallioperään, jossa se kuumenee kallioperässä luontaisesti olevan lämmön vaikutuksesta. Kuuma vesi nousee ylös toisesta reiästä, ja syntynyt lämpö otetaan talteen ja syötetään lämmönvaihtimen kautta kaukolämpöverkkoon. Valmis laitos tuottaa jopa 40 MW energiaa. Fortum tulee ostamaan geolämpölaitoksen tuottaman lämmön kaukolämpöverkkoonsa.

Suomen kovan graniittisen kallioperän läpäiseminen vaatii erikoisvalmisteisen poran lisäksi sinnikkyyttä. Ensin kairasimme luotausreiän kahden kilometrin syvyyteen, ja analysoimalla reiästä saadut luotaus- ja kivinäytteet selvitimme varsinaisten syvälämpökaivojen poraukseen tarvittavia tietoja maaperästä.

Itse syvälämpökaivojen porauksessa käytettiin aluksi ilmavasarateknologiaa (jota kutsutaan usein DTH-poraukseksi), jolla päästiin 4,5 kilometrin syvyyteen. Tämän jälkeen ensimmäisen reiän porausta kovaan kallioperään jatkettiin vesivasarateknologialla sekä perinteisellä kiertoporaustekniikalla. Näitä tekniikoita optimoimalla on porattu noin 6,5 kilometriin eli syvyyteen, jossa veden lämpötila on osoittautunut tarpeeksi korkeaksi lämmöntuotantoa ajatellen.

Stimuloinnilla selvitetään veden virtausta kallion sisällä

Toinen haastava kohta projektissa on veden virtauksen aikaansaaminen porattujen reikien välille. Stimulointivaiheen aikana seurattiin ensimmäiseen reikään syötettävän veden virtausta kallion sisällä olevissa raoissa. Stimuloinnin tavoitteena oli täsmentää, mihin suuntaan toisen reiän loppuosa maan alla porataan ja miten vesi saadaan virtaamaan maan alla reikien välillä. Seurasimme veden kulkua kalliossa syviin porareikiin asennettujen geofonien avulla.

Stimulointivaiheen jälkeen tehdään analyysit veden virtauksesta kallioperässä. 5-7 kuukautta kestävän analyysivaiheen ja poraustauon aikana myös poraustekniikkaa kehitetään edelleen. Jos veden virtauksen tulokset ovat odotettuja, toisen reiän poraus voi jatkua vuoden 2019 alkupuolella.

Geolämpölaitoksen on suunniteltu kattavan jopa kymmenen prosenttia Espoon kaukolämmön tarpeesta. Pilottiprojektin onnistuessa tekniikka voidaan ottaa käyttöön myös muualla.

Geolämpövoimaloita on käytössä jo esimerkiksi Ranskassa ja Yhdysvalloissa. Islanti on suotuisan geologisen sijaintinsa ansiosta jo vuosia tuottanut kaiken tarvitsemansa lämmön ja puolet sähköstään geotermisellä energialla.

Paikalliset maalämpöratkaisut

Jatkuvaa kehitystyötä

St1 Lähienergia Oy, joka keskittyy maaperässä olevia energialähteitä hyödyntäviin paikallisiin maalämpöjärjestelmiin, pyrkii jatkuvasti parantamaan lämpöjärjestelmien energiatehokkuutta ja edullisuutta. Yhtiö on mukana useissa T&K-projekteissa, joissa on tavoitteena kehittää tehokkaampia teknologioita sekä liiketoiminta- ja palvelumalleja.

Esimerkkejä tutkimuksemme ja tuotekehityksemme tavoitteista ovat: paremman vuotuisen lämpökertoimen aikaansaaminen kehittämällä porausteknologiaa (yli yhden kilometrin) maalämpölämmityksessä sekä -jäähdytyksessä sekä paremmat ohjausstrategiat IoT:ta ja ICT:tä hyödyntämällä. Painopistealueita ovat myös ”Lämmitys palveluna”-konseptin kehittäminen, sähkön toimittaminen sekä varajärjestelmät toimituskatkoksiin.

Tuotekehitys

Liikennepolttoaineet

Sekä uusia uusiutuvia vaihtoehtoja että parempia polttoaineita tavallisille autoille

Visioomme pohjautuen tavoitteenamme on tuoda jatkuvasti uusia uusiutuvan energian vaihtoehtoja markkinoille. Hyvä esimerkki uusiutuvasta liikennepolttoaineesta on RE85-korkeaseosetanoli flexifuel-ajoneuvoihin. RE85:ta valmistetaan jäte- ja sivuvirtapohjaisesta etanolista, jota tuotetaan etanolitehtaillamme. Se vähentää fossiilisia hiilidioksidipäästöjä jopa 80 %:lla.

Suurin osa liiketoiminnastamme pohjautuu yhä kuitenkin fossiilisiin polttoaineisiin.  Tästä syystä kehitämme jatkuvasti uusia polttoaineita, jotka mahdollistavat sen, että myös tavallisilla autoilla voi ajaa ympäristöystävällisemmin.

Testiprojektit

Uusiutuvien polttoaineiden kehittäminen ja testaaminen

Käynnissä oleva RED95-dieseletanolin kehitysprojekti tutkii etanolia käyttävien rekkojen ja bussien ympäristövaikutuksia sekä energiankulutusta. Scanian bussit, jotka kulkevat St1:n jätepohjaisella RED95:lla, operoivat kahta linjaa Helsingissä. Projektin tavoitteena on lisätä uusiutuvien polttoaineiden käyttöä ja vähentää hiilidioksidi- ja pienhiukkaspäästöjen määrää julkisessa liikenteessä.

Norjassa olemme käynnistäneet REx Diesel -polttoainekokeilun tietyillä Shell-asemilla Oslossa. REx on maan ensimmäinen todellinen uusiutuva diesel, joka vähentää hiilidioksidipäästöjä jopa 40 % tavalliseen dieseliin verrattuna.

Lisäksi St1 suunnittelee aloittavansa uusiutuvan dieselin valmistuksen Göteborgin jalostamossa.

TULEVAISUUDEN ENERGIARATKAISUT

Uusien uusiutuvan energian ratkaisujen kartoittaminen

St1:n tulevaisuuden energian tiimi keskittyy tulevaisuuden kestäviin ja toteuttamiskelpoisiin energiaratkaisuihin. Katsomme koko uusiutuvan energian kenttää ja etsimme uusia potentiaalisia teknologioita, jotka voidaan kaupallistaa.

Tutkimme esimerkiksi energianvarastointijärjestelmiin ja aurinkovoimaan liittyviä mahdollisuuksia, jotta voisimme tuoda markkinoille uusia älykkäitä energiavaihtoehtoja tulevaisuudessa.

Globaali energiahaasteet vaativat biologisten hiilinielujen merkittävää kasvua. Suunnittelemme aloittavamme hiiliviljelyn demoprojektin Marokossa vuonna 2018 tutkiaksemme hiilen vähentämistä ilmakehästä metsittämisen avulla.

T&K on pääroolissa visiomme toteuttamisessa

Visiomme tarkoittaa tavoitetta kehittää ja kaupallistaa toimivia ja ympäristön kannalta kestäviä ratkaisuja sekä toimittaa näitä ratkaisuja kannattavasti. Jokaisen ratkaisun täytyy olla teknologisesti valmis otettavaksi käyttöön välittömästi.