Fingre på en hånd viser fram metallskive som er dekt med en blank, svart "film".
Artikkelforfatterne har vist at en "film" som dette, kombinert med bruk av elektrisitet, beskytter metall overflater mot kostbar mineralsk beleggdannelse. Samtidig forhindrer den valgte metoden at stålet ruster. Foto: Kamila Gawel/Sintef

Billigere kur i sikte for bedrifter med trange årer

Industrien bruker årlig store beløp på å forhindre at mineraler i vann skal påføre rør og ventiler problemer som likner hjerteinfarkt. Nå er rimeligere hjelp underveis.

Daglig håndterer massevis av selskap og etater betydelige mengder vann, i alt fra oljebrønner og kloakkanlegg til kjølesystemer. De fører alle en kjemikalietung krig mot en felles fiende: vannbårne mineraler som kan «gro» på metalldeler.

I rør og ventiler kan mineralene danne belegg som gir dyre energitap. Eller i verste fall full tilstopping. Slike avsetninger kan «vokse» også i vannkokere, men der kan du enkelt fjerne dem med en skvett eddik.

For industrien har jobben vært langt tyngre og dyrere. Inntil nå.

Fra kjemikalier til strøm og nanopartikler

Labforsøk hos oss i Sintef gir i dag håp om at en langt rimeligere «medisin» snart kan ta over for dagens industrielle kur. I stedet for å pøse på med kjemikalier, bruker vi strøm og nanopartikler.

Vi ser metoden vår som aktuell for et vidt spekter av installasjoner.

I den ene enden: kraftverk som lager strøm av dyp jordvarme. I den andre: noe så hverdagslig som renseanlegg for svømmebasseng.

Kostbar ugagn

I alle anlegg som håndterer vann kan mineralske belegg gjøre økonomisk ugagn om de får vokse.

Ta Veslefrikk-feltet i Nordsjøen. Der, som på alle oljefelt, strømmer vann i brønner og stigerør sammen med oljen.

Ifølge Equinor ville feltets første ti leveår gitt olje for drøyt ni milliarder kroner mindre enn det vi fikk, om det ikke var for tiltakene som ble brukt mot beleggdannelse.

I kjøleindustrien er den samlede trusselen fra mineralske og biologiske belegg så stor at kostnader i hundretusenkronersklassen påløper om kontrollen glipper bare i et eneste stort anlegg.

Omgår «uoverstigelig» hinder

Men dagens forebyggende tiltak er dyre, noe som øker prisen på mange hverdagsvarer. Det ønsker  vi å gjøre noe med.

Det første tiåret kostet beleggforebyggingen på Veslefrikk-feltet alene 55 millioner kroner, ifølge Equinor.

Den langt rimeligere kuren vi har skapt, er blitt til ved at vi har klart å omgå et hinder som lett kan fremstå som uoverstigelig.

Har du mineralrikt vann i springen?

Først noen fakta om mineralske belegg. Når slike dannes i vannkokeren din, er årsaken at vannet i springen er rikt på mineralet kalk.  

Kanskje vet du at dette kalkbelegget kan fjernes med eddik. Årsaken er at kalk løser seg i syre.

Men visste du at syre også kan lages ved hjelp av elektrisitet, og at strøm på denne måten kan stanse kalkdannelse? 

Strøm som splitter vann

Forklaringen er at når strøm settes på mellom to metallflater eller andre ledende gjenstander som er atskilt av væske, så igangsettes ulike kjemiske prosesser.

Er den elektriske spenningen høy nok, vil strømmen splitte vannet til oksygen som bobler på den ene strømlederen (anoden), og til hydrogen på den andre lederen (katoden). Nettopp denne prosessen – vannelektrolyse – utnyttes i dag til å lage «grønt» hydrogen.  

Men også en serie tilleggsreaksjoner finner sted. Disse kan utnyttes til å endre surheten i vannet nær katoden og anoden. 

Hvorfor ikke bare dundre ivei?

Når vann splittes ved elektrolyse, dannes et surt miljø rundt anoden – og et basisk miljø ved katoden.

Akkurat slik eddikbehandlingen virker i vannkokeren din, bidrar sure miljøer til å løse opp ulike mineralkrystaller, deriblant kalk. Surt vann vil derfor forhindre oppbygning av mineralbelegg. 

Så hvorfor brukes da ikke denne enkle elektrolytiske metoden til å hindre dannelse av mineralbelegg i industrien? Hvorfor er det ikke bare å kjøre på med strøm på metallflater som er dekket av slike mineralbelegg? 

Jo, av den enkle grunn at stål ruster i syrlige miljøer.

Elektrisk ledende «vernedrakt»

Men dette hinderet har vi i Sintef kommet oss forbi. Det har vi gjort ved å ikle stålet som skal beskyttes en elektrisk ledende «vernedrakt».

På overflaten som vender mot vannet påfører vi stålet en «film» av et materiale som i utgangspunktet ikke kan lede strøm. Men vi har sørget for å gjøre filmen strømførende ved å tilsette elektrisk ledende nanopartikler av karbon.   

I forsøk for egne midler og gjennom forskning finansiert av Forskningsrådet, har vi gjort to viktige funn: Vi påviste at ved bruk av strøm, så beskytter filmen stålet mot mineralsk beleggdannelse. Samtidig fikk vi dokumentert at metoden forhindrer rustdannelse på materialet under filmen.

Lovende resultater

Ennå gjenstår forskning, blant annet på problemstillinger knyttet til filmens robusthet.

Men resultatene er såpass lovende at vi tør si vi har funnet en rimelig vei til forebygging av maskinelle «hjerteinfarktproblemer» som industrien i dag må bruke dyre «medisiner» for å bekjempe.

Artikkelen ble første gang publisert på E24 søndag 21. november 2021 og gjengis her med E24s tillatelse.