Takaisin

Uusi TD-NMR-järjestelmä ja sen sovellukset mahdollistavat nestemäisten polttoaineiden ominaisuuksien määrittämisen reaaliaikaisesti

Väitös ympäristötieteiden alalta
Väittelijä: MSc (Tech.) Ekaterina Nikolskaya
Aika ja paikka: 13.12.2019 klo 12, Snellmania SN201, Kuopion kampus

MSc (Tech.) Ekaterina Nikolskaya kehitti väitöstutkimuksessaan uuden ydinmagneettiseen resonanssi-ilmiöön (TD-NMR) perustuvan mittausjärjestelmän nestemäisten biopolttoaineiden online-karakterisointiin. Mittausjärjestelmä kykenee määrittämään useita biopolttoaineiden fysikaalisia ominaisuuksia. Sitä on testattu laajasti sekä laboratorio-olosuhteissa, että ensimmäistä kertaa myös sellutehtaalla. Työssä demonstroitiin TD-NMR-teknologian käyttökelpoisuus biopolttoaineiden online-analysointiin myös vaativissa teollisuusolosuhteissa.

Ilmastonmuutoksen hillitseminen on nykyisin yksi tärkeimmistä tehtävistä. Ihmisen aiheuttamien kasvihuonekaasujen vähentämiseksi täytyy kehittää esimerkiksi fossiilisille polttoaineille vaihtoehtoja, kuten erilaisia biopolttoaineita. Näiden tuotannon eri vaiheissa täytyy suorittaa reaaliajassa biomateriaalien evaluointia ja prosessien kontrollointia lopputuotteiden laadun varmistamiseksi. Uusia tekniikoita tullaan tarvitsemaan reaaliaikaisten mittausmenetelmien puutteen vuoksi. Samanaikaisesti neljäs teollinen vallankumous on tuomassa uusia mittausteknologioita teollisuuteen, ja tarvitaan uusia tarkempia, käyttäjästä riippumattomampia ja robustimpia sensoreita.

Tässä väitöskirjassa on sovellettu TD-NMR-menetelmää nestemäisten biopolttoaineiden karakterisointiin, johtuen sen käyttövarmuudesta, toistettavuudesta ja robustiudesta. TD-NMR-laitteen pääominaisuudet ovat pieni koko, suhteellisen halpa hinta, lyhyet mittausajat, mahdollisuus jatkuvatoimiseen mittaukseen ja laaja muunneltavuus. Teknologian mahdollisuuksista huolimatta laitetta on vain harvoin sovellettu prosessien säätöön.

Työssä kehitetty online-TD-NMR-järjestelmä ja sen sovellukset mahdollistavat nestemäisten polttoaineiden ominaisuuksien, kuten kinemaattisen viskositeetin, lämpöarvon, setaaniluvun, hiiliketjun pituuden ja kiintoaineen, määrittämisen. Tulokset osoittavat, että TD-NMR:llä määritetyt fysikaaliset parametrit ovat tarkkuudeltaan samanlaisia kuin laboratoriossa standardimenetelmillä mitatut. Näin ollen järjestelmää voidaan käyttää teollisena sensorina, ja samalla sen soveltamisella prosessien säätöön tulee olemaan teollista ja kaupallista potentiaalia. On huomattava, että TD-NMR:n käyttö ei pelkästään hyödyllinen nestemäisten biopolttoaineiden tuotannossa, vaan myös muissa teollisissa prosesseissa, kuten laajemmin sellu- ja paperiteollisuudessa, jätevedenpudistuksessa ja metsäteollisuudessa.

MSc (Tech.) Ekaterina Nikolskayan ympäristötieteen alaan kuuluva väitöskirja Towards the online characterization of liquid biofuels by time-domain NMR tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä toimii professori Ville-Veikko Telkki, Oulun yliopisto, ja kustoksena tutkimusjohtaja Yrjö Hiltunen, Itä-Suomen yliopisto.

Väittelijän painolaatuinen kuva on osoitteessa https://kuvapankki.uef.fi/A/UEF+kuvahakemisto/18338?encoding=UTF-8