En grønn omstilling til lavere karbonutslipp krever fortsatt bruk av materialer som kritt og papir. Vanlige materialer rundt oss inkluderer sement, papir og kritt. Disse materialene har én ting til felles: De krever bearbeiding av råmaterialene ved høy temperatur. Sement, med prosessene kalsinering og klinking, er spesielt krevende. Likevel er sementens unike egenskaper avgjørende for byggebransjen.
Produksjonen av sement er direkte knyttet til store mengder klimagassutslipp, spesielt CO2, som frigjøres under kalsinering og klinking av råmaterialet. Kalsineringen er en prosess ved mellomtemperatur (rundt 900 °C) som frigjør kjemisk bundet CO2 fra kalsiumkarbonat (CaCO3) til kalsiumoksid (CaO), hvor råmaterialene er kalk og kalkstein. Denne prosessen kan elektrifiseres ved hjelp av resistiv oppvarming, som vist i ELSE-prosjektet, ved å utnytte prosessvarmen fra ovnen eller en kombinasjon av begge deler.
- CaCO3 → CaO + CO2
En CO2-strøm med høy renhet kan genereres, noe som forenkler karbonfangst og -lagring (CCS).
Under klinkerreaksjonen reagerer CaO med silisiumdioksid, aluminiumoksid og Fe2O3 og danner ulike klinkermineraler, som alitt og belitt.
- 2CaO + SiO2 → 2CaO*SiO2(C2S) (at the range of 900 to 1300C)
- 2CaO*SiO2 + CaO → 3CaO*SiO2(C3S) (at a range of 1300 to 1450C)
Denne reaksjonen krever høye temperaturer (over 1300 °C), som ikke kan oppnås med resistiv oppvarming. Derfor kreves alternative løsninger som kan skaleres industrielt, gir effekt i MW til GW, og er robuste i implementeringen.
I Electra-prosjektet vil vi arbeide med elektrifisering av både:
- Klinkerprosessen ved å undersøke alternative brennere for roterende ovner.
- Alternative kalsineringsprosesser, som reaktorer med fluidisert seng og elektrisk oppvarmede gassstrømmer
Implementeringen av to ulike termiske plasmabrennere er lovende kandidater for å erstatte de fossile brennerne. SINTEFs bidrag er arbeidet med den ene av disse plasmabrennerne, som er utviklet internt ved SINTEF MPP-gruppen og nylig har lykkes med en patentsøknad i november 2024. Denne plasmabrenneren er unik og spesielt egnet for det miljøet, den temperaturen og den industrielle kompleksiteten som kreves. Likevel er disse brennerne nye i dette miljøet og krever testing og validering, noe som innebærer modifikasjoner og justeringer av de industrielle reaktorene og ovnene der de skal implementeres.
I tillegg skal SINTEF bruke den egenutviklede reaktoren for testing av plasmabrennere til videreutvikling av termisk plasmateknologi. Som en siste oppgave skal SINTEF bygge og pilotere en roterende ovn i industriell skala for kalsinering og klinking av råmaterialer for opptil 0,5 tonn per time ved hjelp av den egenutviklede plasmabrenneren.
Elektrifiseringen vil fjerne CO2 fra brenselet og redusere forbrenningen av fossilt brensel i klinkeprosessen. Dette øker også CO2-andelen i den ellers mindre avgassstrømmen, noe som gjør det enklere for karbonfangst og -lagring (CCS) og karbonfangst og -utnyttelse (CCU). Det beste med de nye plasmabrennerne er at de bruker CO2 som brensel og produserer samme mengde CO2 som tilføres, noe som betyr at de bare frigjør termisk energi til prosessen
