10.11.2021
Finland har som mål att vara koldioxidneutralt 2035. För att det här ska lyckas krävs stora förändringar, inte minst inom industrin. Inom stålindustrin innebär det en massiv omställning från kolbaserade processer till vätgasbaserad teknologi och det är här som Henrik Saxén och hans team kommer in i bilden.
Sedan den industriella revolutionen har man använt fossila bränslen så som kol, olja och naturgas men innan dess använde man sig av vindkraft från väderkvarnar, ved till eldning och andra typer av ickefossila bränslen. Nu står industrin inför den enorma process det innebär att börja ta steget tillbaka till en ickefossilbaserad produktion.
– Koldioxid och fossila bränslen finns med nästan överallt och i långa loppet kan det här inte fortsätta. Alla processer i världen måste anpassas, vilket leder till stora omställningar, säger Henrik Saxén, professor i värmeteknik vid laboratoriet för process- och systemteknik.
För stålindustrin innebär planen att bli koldioxidneutral att man går in för kolfritt stål, vilket betyder att inga fossila bränslen används under stålframställningen. Stål har en del kol i sig, under en procent, och det i sig är inget problem. Problemet ligger i att få järnmalmen reducerad, med andra ord få bort syret från oxiderna. Den här reduceringsprocessen görs idag på kolbaserad teknik. Tidigare har man använt träkol till reduceringen vilket var ett naturligt alternativ men det resulterade i att stora delar av skogen höggs ner då så mycket ved krävdes eftersom processerna var ineffektiva. Sedan började man använda stenkol som konverterades till koks, i form av stora partiklar, som krävs för reducering av järnmalmen i masugnen. På grund av kostnadsfrågor började olja användas som alternativ till kokset. Då olja inte heller visade sig vara det bästa alternativet övergick man till att använda kolpulver tillsammans med koks. Alla de här alternativen är baserade på fossilkol. Det går också att använda naturgas, som har mindre utsläpp, men även det är fossilt.
Nästan 100% av dagens stålproduktion från järnmalm är baserad på kolteknik. Av tekniska skäl är de nuvarande processerna omöjliga att tillämpa utan kol och man behöver därför komma på något helt nytt och det är det här som Henrik Saxén och hans team försöker göra.
– Man tittar nu på den naturgasbaserade direktreduktionsprocessen, där järnmalmen reduceras i fast form utan smältning, och försöker byta ut naturgasen mot väte. Naturgas består av en kolatom och fyra väteatomer. Reformerar man naturgas blir det ungefär 60% väte. Tanken är att komma upp till 100% väte och det ska inte komma från naturgas utan ska vara ickefossilt, vilket redan i sig är en stor utmaning. Vi måste alltså framställa vätgasen på något annat sätt, säger Henrik Saxén.
Det främsta alternativet är att man framställer vätgasen ur vatten, genom elektrolys, men för det behövs elektricitet. Även elektriciteten måste göras på förnybara källor som till exempel vind- eller solenergi. Av den här förnybara elen görs vätgas som sedan används i de nya processerna. Det här fungerar i pilotskala men inte ännu på ett effektivt sätt. Det är inte ännu lönsamt i stor skala eftersom produkten skulle bli ca 30% dyrare. Därför behövs det stöd, så att man förhoppningsvis i framtiden kan göra så att det är lönsamt. I det långa loppet löses det ekonomiska problemet när kostnaderna för koldioxidutsläpp stigit tillräckligt.
– Energiomställningen till återanvänd energi och förnybara material är den stora utmaningen för vår typ av ingenjörskunskaper. Mycket måste tänkas om och här finns fantastiska möjligheter att finna nya finurliga lösningar som är mer effektiva och har mindre miljöpåverkan. Det här är en väldigt spännande bransch och en spännande tidpunkt att arbeta inom den, fast man möts av svåra utmaningar, säger Henrik Saxén.
Fakta: Teknologier för en hållbar framtid
- Åbo Akademi har fyra forskningsprofiler, varav Teknologier för en hållbar framtid är en. Profilen är mångvetenskaplig och har som mål att finna tekniska lösningar som kan hejda den pågående klimatförändringen och bidra till en ren miljö och ett hållbart samhälle.
- Inom forskningsprofilen utvecklas metoder och teknik som stöder övergången till hållbar produktion och energiförsörjning. Speciellt fokus läggs på att utveckla ny teknologi för att ersätta fossila råvaror med förnybara resurser såsom biomassa och solenergi.
- Finland, med sina stora skogsresurser och världsledande företag, har en unik möjlighet att inta en ledande roll i hur man kan utnyttja molekyler från biomassa för att ersätta fossila råmaterial.
- Även för utvecklingen av nya billiga och miljövänliga material för solceller är potentialen enorm: endast 0,01 % av solenergin som når jordens yta skulle räcka till för att täcka hela världens energibehov.
- Profilområdets styrka ligger i en slagkraftig kombination av djupt kunnande inom naturvetenskap, kemiteknik samt process- och energiteknik.
Klicka här för att läsa mera om forskningsprofilen och hur du kan bidra.