Päästötön ja energiaa kierrättävä tehdas

Woodspinin tehdasrakennus valmistui lokakuussa 2022 Jyväskylän Eteläportin teollisuusalueelle. Tehdas sijaitsee Alvan kaukolämpöverkkoalueella. Kun tehdasta alettiin suunnitella, Woodspinin ja Alvan keskeisiä kysymyksiä olivat: kuinka saadaan aikaan CO₂-vapaa lämmitys ja jäähdytys niin, että energian käyttö olisi mahdollisimman optimaalista? Millä teknologialla päästään riittävän suuriin, yli sadan asteen tuottolämpötiloihin?

Kumppaniksi valikoitui hollolalainen Calefa, jonka kuumalämpöpumpuilla pystytään tuottamaan suuria tehoja ja jopa 110–115-asteista lämpöä. Energiaratkaisujen suunnittelussa ja toimittamisessa on ollut mukana myös tehtaan kuivatusratkaisun toimittava Valmet.

Sen lisäksi, että lämpöpumpuilla energia tuotetaan kokonaan ilman hiilidioksidipäästöjä, tehdas toimii tuulivoimalla tuotetulla vihreällä sähköllä. Kuidun tuotanto itse asiassa vähentää ympäristön CO₂-päästöjä, koska lämpöpumppulaitoksen kautta hiilineutraalia ylijäämälämpöä voidaan hyödyntää kaukolämpöverkossa.

− Kuitutehdas on myös suljettu vesikiertoon. Haluamme olla vastuullisia ja kuluttaa mahdollisimman vähän vettä, sanoo Spinnovan vanhempi kehitysinsinööri Arttu Peltonen.

− Emme tarvitse edes ympäristölupaa, koska meillä ei ole lämpölaitosta emmekä aiheuta ilmanpäästöjä. Vesihöyry on pahin päästömme ilmaan.

Modulaarinen lämpöpumppulaitos

Tehtaan lämpöpumppulaitos on erillinen kokonaisuutensa, joka sijaitsee tehtaan vieressä samalla tontilla. Viiden megawatin lämpöpumppulaitos koostuu neljästä moduulista. Teräsrakenteiset moduulit on valmistettu Calefan Ikaalisten tehtaalla, jossa niihin on sisällytetty valmiiksi kaikki tarvittava teknologia. Tehtaalla moduulit on valmistettu vierekkäin, minkä jälkeen ne on erotettu toisistaan, siirretty rekan lavetilla Jyväskylään ja siellä koottu takaisin yhteen.

Lämpöpumppulaitos tuottaa kuitutehtaalle prosessilämpöä, prosessijäähdytyksen ja tehdastilojen lämmityksen. Laitoksen sydämenä ovat kuusi lämpöpumppua. Lisäksi järjestelmään kuuluu erilaisia lämmönvaihtimia, liuosvesipumppuja ja bufferisäiliöitä, joihin varastoidaan kylmä- ja lämminenergiaa.

Tärkeä osa lämpöpumppulaitosta on automaatio- ja sähkökeskus. Se hallitsee ja operoi kokonaisjärjestelmää. Automaation kautta voidaan seurata hetkellisiä tehoja, virtaamia ja lämpötiloja sekä sitä, kuinka paljon lämmitystä ja jäähdytystä on tuotettu prosessiin ja kaukolämpöverkkoon.

Käyttöönoton jälkeen lämpöpumppulaitos on miehittämätön eikä tarvitse 24/7-päivystämistä paikan päällä.

− Suunnittelemme ja toteutamme laitokset itse. Sen jälkeen laitos tulee etäseurantaamme. Kannamme vastuun kokonaisjärjestelmästä eli hoidamme kaikki huolto- ja ylläpitoasiat ja optimoimme järjestelmää koko laitoksen elinkaaren ajan, kertoo Petri Vuori.

Jos lämpöpumppuun tulisi vika tai vaikkapa jokin toiminta-arvo ei pysyisi raja-arvoissa, Calefa saa hälytyksen Hollolaan ja Alva Jyväskylään.

− Sen jälkeen Alvan henkilökunta käy tarvittaessa laitoksella selvittämässä hälytyksen syyn ja me autamme heitä etäyhteyden kautta, Vuori sanoo.

Hukkalämmöt talteen

Ydinajatuksena tehtaan lämpöratkaisussa on, että lämpöpumput tuottavat jäähdytystä tehtaan prosesseille ja syntyvää hukkalämpöä jalostetaan lämpöpumpuilla korkeampaan lämpötilaan ja kierrätetään takaisin prosessin lämmityspuolelle. Talteenotettu lämpöenergia pyritään käyttämään maksimaalisesti tehdasprosesseissa. Ylijäävä energia hyödynnetään kaukolämpöverkkoon.

− Hukkalämpöä saadaan selluloosan jauhatusprosessista, kuivausprosessista ja käyttöhyödykkeiden jäähdytysjärjestelmistä. Hukkalämpö toimitetaan lämpöpumppulaitokselle esimerkiksi paineilmakompressoreilta. Jäähdytysvesi on käytännössä lämmöntalteenottovettä, kertoo Arttu Peltonen.

Myös itse lämpöpumppulaitoksen koneiden ja laitteiden jäähdytyksestä syntyvä hukkalämpö kerätään talteen ja ohjataan tehtaan käyttöön tai kaukolämpöverkkoon.

− Prosessien energiatehokkuus syntyy erilaisten suljettujen lämmityskiertojen kautta. Hukkalämmöt hyödynnetään mahdollisimman hyvin, eikä energiaa hävitetä taivaan tuuliin, sanoo Vuori.

Tehtaan tuotantotoiminta on vasta käynnistymässä. Käytännön tietoa prosessien sujuvuudesta tai lämpöpumppujen hyötysuhteesta ei vielä ole kertynyt.

− Sellaista lämpöpumppujärjestelmää ei ole olemassakaan, että se toimisi napista painamalla optimaalisesti eri vuodenaikoina. Se vaatii seurantaa ja erilaisten raja-arvojen hakemista, jotta lämpöpumppulaitoksesta saadaan paras hyötysuhde ja teho irti, Vuori sanoo.

Se kuitenkin on varmaa, että Jyväskylän tehtaan prosesseista tulee syntymään hukkalämpöä tasaisella tahdilla koko ajan lämpöpumppujen hyödynnettäväksi.

− Yleensä lämpöpumppujen hyötysuhde tällaisissa 110-asteista lämpöä tuottavissa prosesseissa on noin kolme. Kun lämpöä tehdään kaukolämpöön, hyötysuhde on neljästä viiteen, Vuori arvioi.

Kohti polttamatonta lämmöntuotantoa

Lämpöpumppujärjestelmässä on kolme suljettua piiriä: jäähdytyspiiri, lämmityspiiri ja kylmäainepiiri. Kylmäainepiirin kompressori jalostaa jäähdytyspiirin hukkalämmön lämmönvaihtimen kautta lämmityspiiriin – joko korkeampaan lämpötilatasoon tehtaan käyttöön tai hieman matalampaan lämpötilaan kaukolämpöverkkoon.

− Prosessilämmityksessä kiertää 110-asteinen vesi ja jäähdytyskierrossa 25-asteinen. Prosessilämmön kokonaisteho on vähän yli kaksi megawattia ja jäähdytyksen viisi megawattia. Noin kolme megawattia menee kaukolämpöverkkoon, kertoo Alvan projektipäällikkö Matti Sihvonen.

Talvipakkaspäivänä Jyväskylän kaukolämpöverkot tarvitsevat lämmitykseen yli 300 megawattia kaukolämpöä. Se on yli sata kertaa enemmän kuin lämpöpumppulaitoksesta saatava kolmen megawatin lämpöteho. Woodspinin lämpöpumppulaitos on kuitenkin Alvalle merkittävä askel kohti sen tavoitetta olla hiilineutraali vuonna 2030.

− Tavoite perustuu suurelta osin siihen, että käytämme puuta lämpövoimalaitoksissamme. Turpeen osuus tullaan ajamaan alas vuoteen 2030 mennessä. Mutta katseemme on jo pidemmällä: meidän pitää lisätä niin sanottua polttamatonta lämmöntuotantoa, sanoo Alvan lämpöliiketoiminnasta vastaava johtaja Pasi Jalonen.

Woodspinin lämpöpumpputuotantolaitos on energiayhtiölle ensimmäinen. Jos lämpöpumppulaitoksia saataisiin lisää, se voisi pärjätä kesäisin jopa ilman voimalaitoksia.

− Tässä yhteistyössä kaikki osapuolet ovat haastaneet omaa osaamistaan ja prosessejaan, sanoo Petri Vuori.

− Tietoisuus CO₂-vapaista teknologioista ja lämmönlähteistä on teollisilla asiakkailla parantunut viime vuosina merkittävästi. Sillä on iso arvo, jos pystymme yhdessä leikkaamaan jonkin tehtaan CO₂-päästöt nollaan. On hienoa huomata, että vaakakuppiin alkaa tulla muitakin asioita kuin pääoman tuotto.

Woodspinin kuitutehtaan energiatehokas lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmä syntyi materiaali-innovaatioyhtiö Spinnovan, energiayhtiö Alvan ja lämpöpumppuratkaisuja toteuttavan Calefan yhteistyönä. Energiaratkaisut otettiin huomioon heti alusta lähtien olennaisena osana tehtaan kokonaissuunnittelua.

− Yleensä teollisuutta rakennettaessa mietitään yksi lohko kerrallaan: miten yksi prosessi jäähtyy, miten toinen lämpiää. Tässä kaikki prosessit nivoutuvat yhteen energiaratkaisuun. Tuloksena saadaan energiatehokas kokonaisuus ja lisäksi hyötyä kaukolämpöverkkoon, prosessilämmitykseen ja moneen eri osa-alueeseen, sanoo Calefan toimitusjohtaja Petri Vuori.

Tekstiiliteollisuudelle kuitua tuottavan Woodspinin omistavat brasilialainen selluyhtiö Suzano ja suomalainen Spinnova. Tehdaskompleksissa toimii myös Suzanon MFC-laitos, joka tuottaa mikrofibrilloitua selluloosaa Woodspinille, sekä Spinnova, joka toimittaa Woodspinille raakakuidun valmistusteknologian.