Den grønne omstillingen er helt avhengig av tilgangen på tilstrekkelige mengder kritiske råmaterialer som metallene mangan og silisium, som benyttes i f.eks. batterier, el-biler, vindmøller og annet. I naturen kan man ikke finne mangan og silisium i metallisk form, de er bundet til oksygen i form av forskjellige mineraler.
For å frigjøre metallene må man fjerne de fra oksygenet, dette gjøres typisk ved hjelp av fossilt karbon. Ved høy temperatur vil karbonet reagere med oksygenet, og etterlate rent metall. Dessverre er produktet av en reaksjon mellom oksygen og karbon klimagassen CO2, som blir et uunngåelig biprodukt i mange metallproduserende prosesser. Se for eksempel på den forenklede reaksjonsligningen for produksjon av silisium (kjemisk formel Si):
SiO2+C=Si+CO2
Siden karbonet er uløselig knyttet til selve de metallproduserende prosessene, vil det ikke være tilstrekkelig at elektrisitetsproduksjonen avkarboniseres. Selv med 100% fornybar elektrisitet, vil produksjon av mangan og silisium, og mange andre metaller, være ensbetydende med CO2-utslipp med dagens produksjonsteknologi. Hydrogen (H2) er av mange sett på som en løsning, da man i produksjon av mange typer metaller kan erstatte det fossile karbonet med hydrogen. Når hydrogen reagerer med oksygen dannes vanndamp, og de direkte CO2-utslippene er eliminert. F.eks. er det mange som jobber med denne typen løsninger for produksjon av jern (kjemisk formel Fe):
FeO+H2=Fe+H2O
Dessverre spiller ikke naturen på lag når det gjelder silisium og mangan. Disse metallene er så sterkt bundet til oksygen at de ikke vil kunne reagere med hydrogen.
MeCaLo er en forkortelse for Metal production with Carbon Looping. Her er ideen at i stedet for å lagre CO2, skal CO2 konverteres tilbake til et fast karbonråstoff som kan erstatte fossilt karbon i metallproduksjonen. Til dette brukes fornybart hydrogen, gjennom en to-trinns prosess. Første skritt er å konvertere CO2 til gassen metan, CH4, som for øvrig er den viktigste bestanddelen i naturgass. Denne prosessen er kjent som metanering, og gjøres ved hjelp av en katalysator:
CO2+4H2=CH4+2H2O
I neste trinn tilfører man så energi i form av elektrisitet, og dekomponerer metan til hydrogen og fast karbon (C):
CH4+energi=C+2H2
Dette produserte karbonet, et fint pulver, må så prosesseres og gjøres egnet for å brukes som en råvare på en smelteovn.
SINTEFs bidrag går ut på å bidra til utvikling av nye katalysatorer for det første skrittet i konverteringen av CO2, det vil si metaneringen. Vi skal også drive omfattende testing av den produserte karbonråvaren, og sikre at den kan benyttes i metallproduksjon. Vi også skal demonstrere skalerbarheten ved å produsere flere hundre kilo mangan i vår pilotskala smelteovn.
