CNMP - Carbon Neutral Metal Production

For produksjon av silisium- og andre metallegeringer benyttes hovedsakelig fossilt karbon (kull, koks), som reduksjonsmateriale. I prosessen omdannes karbonet til klimagassen CO2 som avgis til atmosfæren. En anerkjent metode for å redusere det globale utslipp av klimagasser, og dermed redusere klimabelastningen ved produksjon av metaller, er å erstatte fossilt karbon med karbon fra biomasse (trekull, treflis), såkalte karbonnøytrale reduksjonsmidler. Elkem satser sterkt på redusere sitt globale karbonavtrykk, dette vil skje gjennom økt bruk av karbonnøytrale reduksjonsmidler i prosessene og ved å redusere energiforbruket ved verkene. Overgangen til økt bruk av biomasse er krevende, både teknisk og økonomisk, og implementeringen vil derfor skje over flere steg. Konseptet karbonnøytral metallproduksjon som utvikles i dette prosjektet, kombinerer trekullproduksjon (pyrolyse) med produksjon av silisium-legeringer, samt gjenvinning av kjemisk og termisk energi fra alle prosesstrinn. Utnyttelse av alle verdifulle biprodukter i den integrerte prosessen vil gjøre bruken av biomasse økonomisk lønnsom. Den langsiktige målsetning er å utelukkende benytte biomasse til prosessen. Den samlede elektriske energien som gjenvinnes tilsvarer da strømforbruket til smelteovnene, samtidig som de globale klimagassutslippene redusere med nær 100%. Prosjektet har vært et samarbeid mellom Elkem, SINTEF Energi og Teknova med sterk økonomisk støtte fra Norges Forskningsråd. Konseptet er er prinsipielt ferdig utviklet med termodynamiske og økonomiske modeller samt utviklet prosessdesignbasis for den integrerte prosessen. Så langt har hovedfokuset vært på utvikling av pyrolyse og integrering med dagens ovnsteknologi. Resultatene er meget lovende, med produktkvalitet og energibalanse bedre enn forventet. Men det er fremdeles behov for omfattende engineering, forskningsinnsats og optimalisering før en optimal industriell pilot kan bygges. Teknologivalg og utvikling av pyrolyse, bedre utnyttelse av biprodukter og optimalisering av ovnsteknologi vil være fokus for videre forskningsarbeid i allerede nye definerte spin-off prosjekter.

Karbonnøytral metallproduksjon kombinerer trekullproduksjon (pyrolyse) med produksjon av Si og FeSi legeringer (i smelteovner), energigjenvinning fra begge prosesstrinn og uttak av verdifulle sidestrømsprodukter fra trekullproduksjonen. Ved karbonnøytral metallproduksjon gjenvinnes energien både i avgassene fra pyrolysen og fra ovnen. Ved bruk av 100% trekull i produksjonsprosessen, er det mulig å gjenvinne like mye elektrisk energi fra totalsystemet som smelteovnen benytter for silisiumproduksjonen. I tillegg vil økt bruk av biokarbon på bekostning av fossile reduksjonsmidler redusere CO2 utslippene opp mot 95%. Per i dag er konseptet på idestadiet, og det er behov for omfattende FoU innsats fram til industrialisering. Gjennom prosjektet vil det bli utviklet pålitelige og detaljerte modeller både for det overordnede prosessdesignet og alle enhetsoperasjonene som inngår. Gode modeller for å optimalisere pyrolyseprosessen er kritisk, og vil bli utviklet gjennom litteraturstudier, analyse av reaksjons og transportmekanismer og gjennom eksperimentell verifikasjon. Modellene vil anvendes for termodynamisk og økonomisk optimalisering av prosessen. Dagens ovnsmodeller vil bli videreutviklet og verifisert for høy trekullandel og økt energigjenvinning. Resultatene skal lede frem til prosessdesign og kostestimater både for storskala pilotering og for industriell utrulling. I tillegg vil det bli gjennomført analyser av konseptets bærekraft og samfunnsnytte, for å sikre at konseptet har sin plass i framtidens lavutslippssamfunn. Avslutningsvis i prosjektet vil det bli utarbeidet beslutningsunderlag for videreføring, inklusive detaljerte planer for realisering av konseptet i et fullskala industrielt anlegg.