Å resirkulere avgasser kan bidra til karbonfangst
Produksjon av silisium gir store utslipp av karbondioksid, men resirkulering av gass kan gjøre rensing mer effektivt.
Hvert tonn silisium vi produserer fører til utslipp på rundt 5 tonn CO₂.
Karbonfangst kan være en mulig løsning for å fjerne dette utslippet, men CO₂-konsentrasjonen i avgassen fra ovnene er ofte for lav til at CO₂-fangsten blir kostnadseffektiv.
En mulig løsning for å redusere kostnaden er å øke CO₂-konsentrasjonen ved å resirkulere avgassen. Dette har silisiumprodusenten Elkem testet i et pilotprosjekt sammen med NTNU og SINTEF.
Illustrasjon som viser hvordan resirkulering av avgass kan utføres for silisiumprosessen. Illustrasjon modifisert og hentet fra A. Schei, J. K. Tuset, and H. Tveit, Production of high silicon alloys. Trondheim: TAPIR, 1998
Ambisjoner om karbonnøytral produksjon
Produksjon av silisium er en viktig industri for Norge. Silisium brukes i elektronikk, solceller, silikon og som legeringselement i støperilegeringer. Produksjon av silisium skjer gjennom såkalt karbotermisk reduksjon av kvarts. Dette innebærer et relativt stort utslipp av CO₂.
Elkem jobber for å oppnå karbonnøytral metallproduksjon, og er i gang med flere initiativ for å redusere det klimamessige fotavtrykket. Energigjenvinning, økt bruk av biokarbon-materialer og forbedret materialutbytte inngår i dette arbeidet.
I tillegg til disse tiltakene er det nødvendig å finne løsninger knyttet til fangst av CO₂ fra smelteovnene.
CO₂-konsentrasjon i avgassen er lav, typisk et par prosent.
Elkem har gjennomført en innledende karbonfangststudie støttet av CLIMIT-programmet. To ulike fangstteknologier er studert i samarbeid med henholdsvis Aker Carbon Capture og Saipem. Her har Norsk Energi bidratt til å vurdere optimale løsninger for energitilførsel og -gjenvinning.
Innblikk i prosessen. Prosessgass forbrenner over råmaterialene i kontakt med luft og resirkulert avgass. Foto: Vegar Andersen
Tester kjent teknologi på nytt felt
En av utfordringene ved karbonfangst fra smelteovner er at CO₂-konsentrasjon i avgassen er lav, typisk et par prosent, noe som gjør etablering av et integrert karbonfangstanlegg mer kostbart og teknisk utfordrende.
Som et mulig tiltak for å øke CO₂ konsentrasjon i avgassen undersøker Elkem – sammen med fagmiljøet ved NTNU og SINTEF – resirkulering av avgass som en mulig forbedring av prosessen.
Ved å erstatte deler av friskluften som normalt tilføres ovn med resirkulert avgass, renset for støv og kjølt ned, vil man øke CO₂ konsentrasjonen i avgassen.
Dette er en kjent teknologi for NOx-reduksjon i forbrenningsanlegg, men metoden har ikke vært testet i praksis for silisiumsmelteovner.
Pilotforsøket et bredt samarbeid
For å kartlegge effektene på ovnsprosessen av en slik resirkulering, ble det gjennomført et pilotforsøk med resirkulering av avgass ved NTNU og SINTEFs pilotlaboratorier på Gløshaugen i Trondheim.
Her ble det bygd opp et unikt resirkuleringsanlegg rundt en eksisterende 160 kW en-fase smelteovn. For å få mest mulig informasjon om effekten av resirkuleringsforsøket, ble ovnen satt opp med en rekke instrumenter og analyseutstyr, for blant annet å hente ut kunnskap knyttet påvirkning på andre produkter og utslipp fra ovnen.
Pilotforsøket lot seg gjennomføre gjennom et bredt og meget godt samarbeid mellom Elkem prosjektene Elkem CCS, Elkem Sinoco2 og de to NTNU/SINTEF-ledete sentrene FME HighEff og SFI Metal Production.
Gjennom en 80 timer lang forsøkskjøring ble forskjellige resirkuleringsgrader testet og kartlagt.
Ved økende andel resirkulering oppnådde vi CO₂-konsentrasjoner på over 20 prosent.
Elkem stilte med dyktige driftsoperatører fra Elkem Thamshavn samt råmaterialer, og SINTEF og NTNU med styring av ovn og måling av avgasser.
Både avgassen og forbrenningslufta ble analysert ved hjelp av to gasskromatografer, FTIR-målinger og LaserGas II instrumenter fra NEO Monitors AS. Foto: Vegar Andersen
Økte konsentrasjonen kraftig
Ved økende andel resirkulering oppnådde vi CO₂-konsentrasjoner på over 20 prosent. Det ble også observert en lavere NOx-produksjon ved økende andel resirkulering.
Mye dataanalyse gjenstår for å tolke resultatene, men forsøkene viser at resirkulering er et tiltak med stort potensial for å redusere NOx-utslipp og gjøre CO₂-fangst lettere for Si-prosessen.
Den unike infrastrukturen som er bygget opp i Trondheim vil være verdifull også for kommende forsøk og prosjekter som har til hensikt å bidra til bærekraftig metallproduksjon i Norge og globalt.
Denne bloggen ble første gang publisert som #SINTEFblogg 26. mai 2021.
