– Denne prosessen er både renere, billigere og grønnere enn tradisjonelle metoder, som resirkulering ved omsmelting, sier seniorforsker Eivind Johannes Øvrelid i SINTEF.
Nøkkelkunnskapen til prosjektarbeidet hadde vi heldigvis internt her i SINTEF, og vi har hentet inn folk fra flere steder i organisasjonen, sier forsker Eivind Johannes Øvrelid.
Kjernen i teknologien er en enhet for skruekstrudering av metallmaterialer, som et alternativ til omsmelting. Kort fortalt knas stoffene sammen ved hjelp av litt varme og skrues ut gjennom en dyse i lange stenger, også kalt skruekstrudering. Industripiloten er et felles prosjekt mellom Hydro og Nuvosil, men metoden er utviklet og patentert av Hydro og NTNU. Nå bidrar SINTEF med å optimalisere og industrialisere prosessen.
Teknologien har to anvendelsesområder; med aluminiumspon alene, fra Hydro (LER), og med aluminium og silisiumspon i kombinasjon, i det som kalles «low energy master ally» (LEMA) som Nuvosil jobber med.
Reduserte energiforbruket med 90 prosent
Under produksjon av wafere, de syltynne skivene som danner utgangspunktet for selve solcellen, går opptil 40 prosent av råmaterialet tapt under saging av skivene. Det blir til støv, og har ofte blitt dumpet i sjøen. Dette er et råstoff som er dyrt å produsere, og en metode som sirkulerer det tilbake til verdikjeden er lønnsomt. Det samme vil det være for Hydro som altså har den samme utfordringen med aluminiumspon.
– Prosjektet er viktig for å sette sirkulærøkonomien i system. Sammenlignet med konvensjonell resirkulering ved omsmelting, kan LEMA-teknologien redusere prosesseringskostandene med opptil 50 prosent og energiforbruket med 90 prosent, sier prosjektleder Bjørn Olav Brelin, som er CEO i Nuvosil.
Prosesseringskostnadene er alle kostnader som påløper for å resirkulere metallet: som klargjøring av materialet for skruen, behandling i skruen og frem til ferdig legering. Den største kostnadsfordelen kommer fra det lave energiforbruket i skruen.
Enova har fulgt utviklingen av LER-teknologien i lang tid, og støtter prosjektet med 9,4 millioner kroner,
Avfall blir nytt materiale
I dette prosjektet har man jobbet med perfeksjonen av flyten gjennom verktøyet fra spon til ferdig produkt. Istedenfor å presse gjennom, skrues materialene igjennom og de enkelte partiklene vil da binde seg til hverandre i løpet av prosessen.
Det er fremdeles nødvendig med energi for å drive skruen, men langt mindre, for det magiske skjer i selve ekstruderingsprosessen. Ergo reduserer man behovet for energi til 10 prosent av tradisjonell omsmelting.
Dette er prinsippet i metoden som kalles skruekstrudering. Den utviklet og patentert av Hydro i samarbeid med NTNU, men testes og optimalisert hos SINTEF. Her benyttes kraft, ikke varme, ubehandlet metallspon mates inn og fast metall kommer ut. Dette reduserer energiforbruket til en brøkdel. Målet har vært å optimalisere prosessen og minimere energiforbruket. Illustasjon og animasjon av Xiang Ma i SINTEF.
– Dette er et teknologiprosjekt som har tatt lang tid å utvikle, og i fjor sommer var vi klare til å ta skrittet fra testmaskinen som har stått i et laboratorium hos NTNU, til å bygge en maskin i industriell målestokk, sier Brelin.
Med politisk drahjelp i form av økte CO2 avgifter for mer forurensende teknologier og prosesser mener vi at dette skal bli en god forrentning når vi mot slutten av 2022, begynnelsen av 2023 kommer i gang er kommersiell produksjon, sier prosjektleder og CEO i Nuvosil Bjørn Olav Brelin.
– Her er SINTEF en viktig bidragsyter for at vi skal komme i gang. Den brede teknologikompetansen SINTEF besitter er noe både et lite firma som vårt og vår betydelige større partner, Hydro, har stor nytte av for å kunne gjennomføre prosjektet så raskt og effektivt som mulig.
Kan produsere 300 kilo i timen
– Vi har blant annet bidratt med modellering av skruen for oppskalering, analyser og pilotforsøk sier Eivind J. Øvrelid i SINTEF.
– Prosjektet hadde bare tida og veien med sine 14 måneder, så det var om å gjøre å treffe riktig. Her har vi høstet av kunnskapen som allerede finnes i organisasjonen, og satt sammen et team. I tillegg har vi utført simuleringer for å finne ut om maskinen vil tåle oppskalering av produksjonene. Siktemålet for piloten er å kunne produsere 300 kg i timen. Da skal materialflyten være gunstig hele tiden.
– Vi bruker avgrenset, elementbasert modellering i dette prosjektet for å forutsi kraften som kreves for ekstrudering, ekstruderingskraften, skruens dreiemoment og materialstrømmen etc., tilføyer forsker Xiang Ma, som jobber ved avdeling for metallproduksjon og prosessering i SINTEF.
Sirkulær «mining»
Prosjektet gir muligheter til å ta materialer og avfall som allerede er produsert tilbake til kretsløpet. Både i EU og i resten av verden er sirkulærøkonomi i ferd med å bli betydelig. For å nå utslippsmålene i årene som kommer er vi imidlertid avhengig av å gjøre mer, og kutte ressursbruken raskere.
– Og da må vi få ny teknologi, som vi blant annet utvikler i dette prosjektet. Ny teknologi innebærer nødvendigvis risiko, og ikke alle vil lykkes. Med det teamet og de ressursene vi har i LER-prosjektet er vi svært optimistiske, avslutter Brelin.
Dette er verdikjeden for Nuvosil-prosessen. Den gir høy effektivitet med lavt energiforbruk. Teknologien ble opprinnelig utviklet for bruk på forskjellige resirkulerbare aluminiumsmaterialer.
Nuvosil solution:
I 2018 engasjerte Nuvosil, Hydro, SINTEF og NTNU seg i et FoU-prosjekt for å teste teknologien ved hjelp av en kombinasjon av aluminium og silisium og laboratorie-ekstruder. I begynnelsen av 2020 startet pilot-prosjektet, som tar sikte på å designe, bygge, teste og kvalifisere en ekstruderenhet i industriell skala og tilhørende prosesser.
