Bookmark and share

Cicerone 2-2003

Vil revolusjonere aluminiumsindustrien

Elkem Aluminium og amerikanske Alcoa tror at en ny produksjonsprosess kan revolusjonere aluminiumsindustrien. Om de lykkes med den nye teknologien, kan man oppnå både billigere og mer miljøvennlig fremstilling av aluminium.

Teknologien, som kalles Avansert Reaktor Prosess (ARP), kan i beste fall redusere elektrisitetsforbruket ned mot 9,5 kWh per kilo aluminium som blir produsert. Energi­gjenvinning fra ovnsgassen vil kunne redusere netto elektrisitetsforbruk videre ned til 8,5 kWh per kilo avhengig av gjenvinningsgraden. Dette tilsvarer opptil 38 prosent reduksjon i elektrisitetsforbruk sammenlignet med den nåværende Hall-Héroult prosessen som har et elektrisitetsforbruk på omlag 13,6 kWh per kilo. Det reduserte kraftforbruket vil i global sammenheng føre til mindre utslipp av CO2 fra kraftverk basert på fossile brensler.

Billigere og mer miljøvennlig

Selve prosessen slipper ut omtrent samme mengde avgasser i CO2-ekvivalenter som den nåværende, men om elektrisiteten som blir brukt kommer fra kullkraftverk, kan man redusere disse utslippene med opp til 37 prosent. Kapitalkostnadene kan reduseres med 60 prosent eller mer, og i tillegg vil behovet for arbeidskraft reduseres på grunn av at færre produksjonsenheter er nødvendig for samme produksjonsvolum.

- Om vi lykkes kan denne teknologien revolusjonere aluminiumsindustrien, både med billigere og mer miljøvennlig fremstilling av metallet, mener forskningsdirektør Kai Johansen i Elkem.

Testfase

Prosjektet har vært i gang i to år. Foreløpig pågår testarbeider i laboratorieskala, og om resultatene er vellykket, er det meningen å prøve ut teknologien i storskala testanlegg. Prosjektet gjennomføres i samarbeid med verdens største aluminiums­produsent, amerikanske Alcoa, som har 125 000 ansatte, og som er involvert i alle ledd av aluminiumsindustrien. Forsknings­rådets KLIMATEK program har så langt støttet prosjektet med 4 millioner kroner. Det amerikanske Department of Energy bidrar også med økonomisk støtte.

Energieffektivisering

Siden Norge får mesteparten av sin elkraft fra utslippsfri vannkraft, er det først og fremst i global sammenheng at den nye teknologien som er i ferd med å utvikles, vil kunne redusere utslippene av drivhusgasser. Som sagt så er det i de tilfellene at elforbruket i aluminiumsproduksjonen kommer fra kullkraftverk at man oppnår store utslippsreduksjoner, siden prosessen dreier seg om energi­effektivisering.

Stor effekt på verdensbasis

I 2001 var det totale elektrisitetsforbruket i aluminiums­industrien 248 TWh, eller nesten det dobbelte av hele Norges forbruk samme år. En mulig reduksjon av strømforbruket på opptil 38 prosent per produsert enhet vil ha stor innvirkning på klimagass­utslippene på verdensbasis. Av all aluminiumen som ble produsert i 2001 kom nesten halvparten av elektrisitetsforbruket fra vannkraft og 36 prosent fra kullkraft (figur 1).

- Selv om ARP har stort potensiale, er det viktig å under­streke at teknologien først og fremst er aktuell å bruke når man skal bygge ut nye produksjonsenheter, og at man på kort sikt ikke vil kunne oppnå de maksimale kostnads- og miljøeffektene. Det vil tross alt ikke være lønnsomt å skifte ut eksisterende anlegg som allerede er nedbetalt med mindre disse av miljømessige eller driftsmessige grunner ikke lenger er lønnsomme. Det er ikke aktuelt å erstatte aluminiumsverk som både er sterkt nedskrevet og i tillegg har en god teknisk standard, slik tilfellet er for de fleste norske verk, sier Johansen.

Gammel teknikk

De første studiene av framstilling av aluminium ved hjelp av karbotermisk reduksjon, som ARP bygger på, ble gjort for 47 år siden. Gjennom hele aluminiumsindustriens historie, har den vært avhengige av den såkalte Hall-Héroult prosessen.

- Denne prosessen har vært og er fortsatt driftssikker, og har vært overlegen i forhold til andre framstillingsmetoder over årene. Men metoden er energiintensiv og kostbar i forhold til framstillingen av konkurrerende materialer som stål og plast. For å beholde dagens markedsandel og øke muligheten for bruk av aluminium i bilindustrien, byggebransjen og emballasjeindustrien, er det nødvendig å redusere produksjonskostnadene for råaluminium. Det har lenge vært kjent at karbotermisk produksjon av aluminium har potensiale til å redusere disse kostnadene, forteller Johansen.

Elkems prosjekt bygger på lovende resultater fra arbeider i Reynolds Aluminium mellom 1971 og 1984. Dette prosjektet ble stoppet hovedsakelig på grunn av selskapets økonomiske status da aluminiumsindustrien opplevde en negativ trend. En vurdering av prosjektet i 1998 med ingeniører fra selskapet bekreftet at forsøkene ikke ble stoppet på grunn av tekniske vanskeligheter.

Kommersielt lønnsomt

- I løpet av de siste ti årene har det kommet en rekke nyvinninger på materialområdet, og teknologien har kommet så langt, at det nå er aktuelt å se på denne prosessen igjen. Om vi lykkes med prosjektet, vil det være kommersielt lønnsomt å bygge nye anlegg både som supplement til dagens produksjonskapasitet og som erstatning for gamle elektrolyseanlegg, siden teknologien bidrar til store kostnadsbesparelser, samtidig som den er mer miljøvennlig, mener forskningsdirektøren.

Som mange andre prosjekter som tar sikte på å redusere utslippene av drivhusgasser, er dette ikke avhengig av statsstøtte eller salg av utslippskreditter gjennom Kyotomekanismene for å være lønnsom. Teknologien er aktuell først og fremst fordi den er kostnadseffektiv, og miljøeffekten er mer eller mindre en bonus.

Last updated: 25.03.2003

<p>Forskningsdirektør Kai Johansen i Elkem tror den nye teknologien kan gi både billigere og mer miljøvennlig framstilling av aluminium. (Foto: Elkem)</p>

Forskningsdirektør Kai Johansen i Elkem tror den nye teknologien kan gi både billigere og mer miljøvennlig framstilling av aluminium. (Foto: Elkem)

<p>Foreløpig pågår testarbeider av den nye teknologien for produksjon av aluminium i laboratorieskala, og om resultatene er vellyket, er det meningen å prøve ut teknologien i storskala testanlegg. (Foto: Elkem)</p>

Foreløpig pågår testarbeider av den nye teknologien for produksjon av aluminium i laboratorieskala, og om resultatene er vellyket, er det meningen å prøve ut teknologien i storskala testanlegg. (Foto: Elkem)

Fremstilling av aluminium

Så og si alt aluminium produseres av bauxitt, som er et vannholdig aluminiumoksid. I fremstillingsprosessen blir bauxitten omdannet til rent aluminiumoksid (alumina) ved hjelp av Bayerprosessen. Bauxitten varmes opp sammen med konsentrert natronlut. Da blir aluminiumkomponentene oppløst til natriumaluminat, mens forurensningene ligger igjen uten å være løst opp. Det oppløste aluminiumet blir felt ut som aluminiumhydroksid, og oksidet blir oppløst ved hjelp av elektrolyse ved veldig høy temperatur (Hall-Héroult-prosessen). Det er dette trinnet i framstillingen av aluminium som Elkem prøver å effektivisere ved å bruke karbotermisk reduksjon i stedet for elektrolyse. Ved å blant annet gjenvinne avgasser fra denne prosessen, kreves det mindre energi til oppvarming, og man kan oppnå stor energieffektvisering. Selve prosessen slipper ut mer CO2 enn elektrolyse, men utslipp av andre avgasser som fluorider begrenses, slik at de totale utslippene i CO2-ekvivalenter er omtrent lik.

Figur 1. Energikildene til elektrisitetsforbruket i aluminiumsindustrien i 2001 globalt. Totalt elforbruk var 248 TWh, eller nesten det dobbelte av hele Norges elforbruk samme år (132 TWh). (Kilde: The International Aluminium Institute)

Figur 1. Energikildene til elektrisitetsforbruket i aluminiumsindustrien i 2001 globalt. Totalt elforbruk var 248 TWh, eller nesten det dobbelte av hele Norges elforbruk samme år (132 TWh). (Kilde: The International Aluminium Institute)

CICERO
CICERO, P.O. Box. 1129 Blindern,
N-0318 Oslo, NORWAY
Visiting adress: Gaustadalléen 21, 0349 OSLO
Editor:
Christian Bjørnæs
Web editor:
Eilif Ursin Reed
Phone:
+47 22 85 87 50
E-mail:
post@cicero.oslo.no>