Tilbake til søkeresultatene

ENERGIX-Stort program energi

High performance thermal concrete with bauxite residue for energy storage applications.

Alternativ tittel: Utvikling av høytemperatur betong med bauxite residue for termisk energilagringsanvendelser.

Tildelt: kr 3,8 mill.

Prosjektnummer:

295936

Prosjektperiode:

2019 - 2021

Midlene er mottatt fra:

Geografi:

Prosjektet har til formål å utforske nye typer betong som egner seg til bruk i høy-temperatur energilagre. En målsetting har vært å kunne gjøre bruk av bauxitt-avfall (betegnet rødslam eller bauxite residue=BR) kombinert med kalsium-aluminat sement (CAC) og tilslaget er norsk olivin-stein. BR er et problematisk avfallsstoff fra aluminiumproduksjonen og består hovedsakelig av jern-oksyder som gir den karakteristiske rødfargen, og av silikater. Mengden av dette avfallsproduktet innebærer et betydelig internasjonalt problem og prosjektet sikter på å frembringe en positiv anvendelse for avfallet tilsatt i høytemperatur CAC-betong. BR har et høyt innhold av alkaliske forbindelser, og innledende eksperimenter med tilsetting av raffinert og tørket BR finstoff resulterte i forbedrede termiske egenskaper sammenlignet med ordinær CAC-betong. Et viktig og noe overraskende er funn er økt styrke for CAC-betong med BR tilsatt etter varmebehandling, som viser at BR er kjemisk reaktiv i betong ved høye temperaturer. Dette resultatet er motsatt fra tidligere publiserte resultater der BR i betong har gitt en betydelig reduksjon av styrke. En utfordring med ubehandlet BR fra aluminiumproduksjonen er den høye alkaliteten som medfører strenge prosedyrer for materialhåndtering, blande- og støpe prosesser. Metode og blandingsforhold utviklet i prosjektet muliggjør tilsetting av ubehandlet BR i CAC-betong, men sammenlignet med alkaliredusert raffinert BR er den forventede gevinsten ved økte termiske egenskaper lavere. Som konsekvens av dette har de videre aktivitetene i prosjektet fokuserte på alternative reaktive og inerte mikro-skala tilsetningsmaterialer for CAC betongen. Basert på diverse prøver er det konkludert at tilsetting av mineralet MgO gir de beste termiske og mekaniske egenskaper. Ny kunnskap om produksjonsmetoder og material egenskaper samt karakteriseringsmetoder har blitt utviklet i prosjektet, og testing av prototype termiske elementer har blitt utført med lovende resultater. En utfordring med CAC-betongen synes å være at den medfører ganske stor krymping under herding og oppvarming. I denne forbindelse er det utviklet alternative design for varmelagringselementene der krymping vil ha mindre betydning i samvirket mellom varmeoverføringsfluid og betong. Disse designene angår både måten varmevekslerne støpes inn i betongen på og hvordan varm gass eller luft kan overføre varme. Disse løsningene kan ha interessante anvendelser for målet om «elektrifisering av industrien». EnergyNest AS samarbeider med Sibelco Nordic AS om å utvikle de nye betongblandingene. Norsk Hydro ASA har sørget for tilgang på BR samt termisk karakterisering av de nye betongblandingene, og sammen med SINTEF Byggforsk er de mekaniske er de mekaniske egenskapene blitt testet ved temperaturer opp til 595 grader C. I forbindelse med dette er det utviklet en metode for utledning av korrigerte elastiske moduler på basis av testing av standardiserte kubiske og sylindriske betongprøver.

The idea of the research project is to create new concrete mixtures customized for high-temperature thermal energy storage applications using bauxite residue (BR), among other dispersed active or inactive micro-scale filler material, combined with calcium-aluminate cement (CAC) and olivine aggregates. BR is a waste product from the alumina production process, and contains many minerals and active components that may be very well suited for high performance thermal concrete. Sibelco Nordic is the worlds largest producer of refractory concretes based on CAC using olivine mined and sourced in Åheim, Norway. In particular the high content of hematite, alumina and silicon oxide in BR in combination with the very good thermal properties of olivine is expected to enhance the thermal conductivity, heat capacity and thermal integrity of targeted new concrete mixtures up to 600 °C, and even beyond. The new concrete mixture will be used for the Thermal Battery elements and modules of the EnergyNest large-scale energy storage technology.

Aktivitet:

ENERGIX-Stort program energi