Grønnere metallproduksjon

Av Halvard Tveit, konsernspesialist i Elkem og professor II ved NTNU,
og Bernd Wittgens, seniorrådgiver ved SINTEF Materialer og kjemi


Innlegget sto første gang i Dagens Næringsliv
14. mars 2014



I 2009 viste målinger at utslippet av miljø- og helseskadelige nitrogenoksider (NO_x) fra Elkems silisiumverk i Salten var dobbelt så høyt som forventet. Et mysterium, som utløste et omfattende detektivarbeid i forskningsmiljøet i Trondheim. 

Alt nå har denne kunnskaps-jakten resultert i tiltak som har fått NO_x-utslippet fra smelteverket kraftig ned. I neste omgang kan resultatene muliggjøre utslippsreduksjoner i andre silisium- og ferrosilisiumverk og i stålverk.

For takket være "diagnostiseringen" som måtte til i Salten, vet vi mye mer enn før om hvordan samspillet mellom kjemi og strømningsforhold påvirker dannelsen av avgasser i silisium- og stålindustriens ovner.

De høye NO_x-verdiene fra Salten er atypiske for disse bransjene.  Men selv gode ovner kan ofte forbedres. Derfor tror vi at kunnskapen Norge nå har høstet, gradvis vil bidra til at metaller blir framstilt på grønnere vis, kloden over.


Skilsmisser ved høy temperatur

Deler av gevinstene kan altså høstes i silisiumindustrien, der Norge har lange tradisjoner som en av verdens ledende produsenter.

Silisium er det grunnstoffet jordskorpa har mest av. Stoffet utvinnes fra knust stein og er hovedingrediens i alt fra elektroniske kretser og solceller til silikonbaserte tetningsmidler og tåtesmokker.

I naturen har silisium giftet seg med oksygen, et ekteskap bare smelteverk kan oppløse. Først ved 1500 – 2000 graders varme gir silisiumet slipp på oksygenet det er lenket til i steinen, og først da kan stoffet bli til nyttige produkter.

Mye av det frigjorte oksygenet gifter seg på nytt med karbon fra kull, koks eller trevirke i ovnene og blir til CO₂. Men noen ensomme og kontaktsøkende oksygenatomer vil alltid klare å binde seg til nitrogen fra lufta i stedet, og dermed bli til nitrogenoksider (NO_x).  

Artikkelforfatterne Bernd Wittgens, SINTEF (øverst) og Halvard Tveit, Elkem og NTNU.

Målekrav utløste forskning

NO_x er avgassen som fører til sur nedbør, gir økt konsentrasjon av bakkenært ozon og bidrar til dårlig lokal luftkvalitet. Utslippene kan skade økosystemer og vegetasjon, samt gi helseskader for mennesker.

I 1995 ble silisiumverkene pålagt av Statens forurensningstilsyn å måle NO_x-innholdet i avgassene sine. Dette ble avgjørende for den kunnskapsutviklingen som i dag – to tiår seinere – har gjort det mulig å redusere NO_x-utslippene i Salten så raskt.

Kravet om målinger utløste umiddelbart forskning ved SINTEF og NTNU. Prosjektene ga målemetoder som ble europeisk standard.

Men slike målinger er ingen triviell sak. For å løse oppgaven, måtte vi tidlig utvikle matematiske modeller av avgassdannelsen. Derfor slapp vi å starte detektivarbeidet fra "scratch", da alarmen gikk i Salten i 2009 og Klima- og forurensningsdirektoratet forlangte at NO_x-utslippene fra verket måtte ned.


Diagnose - og "kur"

På oppdrag for Forskningsrådet og bransjens forskningsforening, støttespillere fra avgass-studiene begynte, var vi alt i gang med forskning på utslippskutt da måledataene fra Salten tikket inn.

Med disse partnerne i ryggen utviklet SINTEF og NTNU nye matematiske modeller fra 2009, og disse ble verifisert i fysiske modellforsøk.

Slik klarte et bredt sammensatt team av forskere å stille en diagnose for ovnene i Salten og ikke minst – finne en egnet "kur": Et ovns-design som endrer luftas gang gjennom ovnen. Pluss endrede rutiner for innmating av stein. 

Elkem har nå bygget om den ene av tre ovner i Salten etter denne oppskriften. Et halvt års prøvedrift viser at resepten virker. NO_x-dannelsen i ovnen har sunket med 40 prosent, et kutt som tilsvarer utslippet fra 150 000 dieseldrevne biler.

"Kuren" kostet 250 millioner kroner. Uten 59 millioner kroner i støtte fra Næringslivets NO_x-fond, hadde det ikke vært mulig å sette den ut i livet. En annen årsak til at utslippskuttet ble en realitet, er at vi bor i et land der myndighetene ikke bare stiller miljøkrav, men også innvilger forskningsmiljøer og industri tid til å løse problemene.

Når mange bidrar, blir selv tunge løft mulige.