Norge er Europas ledende produsent av aluminium og silisium. Metallurgisk industri er en av landets viktigste eksportnæringer, men står også for 10 % av CO₂ utslipp.

Norge må raskt redusere sine utslippsnivåer i dagens produksjonsmetoder for å nå sine klimamål.

Ikke mer karbon

NTNU har søkt patent på en industriell prosess som skal eliminere alle direkte CO-utslipp₂ og nei_X. Prosessen fikk navnet SisAl.

Kvarts er råstoffet for den tradisjonelle smelteprosessen og SisAl-metoden. Med dagens teknologi, CO₂ dannes når kvarts reagerer med karbon. I stedet for karbon bruker SisAl-prosessen aluminium som reduksjonsmiddel, og unngår dermed dannelse av CO₂.

– Teknologisk mener vi det ikke er noe i veien for å produsere silisium i industriell skala med den nye metoden. Og det er energibesparende, sier materialforsker Maria Wallin ved NTNU.

SisAl-prosessen er eksoterm, noe som betyr at reaksjonen mellom kvarts og aluminium frigjør energi. Dagens metode er endoterm og energi må tilføres for å redusere kvartsen. SisAl bruker kun en tredjedel av energiforbruket per tonn ferdig silisium.

Tradisjonell teknologi bruker 85 % til 92 % av kvartsen som settes inn i ovnen. SisAl bruker 97 % til 99 % fordi prosessen også kan bruke kvarts i pulverform.

Wallin og professor Gabriella Tranell koordinerer de store europeiske prosjektene SisAl Pilot og SisAl Slag, som ledes av NTNU. Tjueto forsknings- og industripartnere i Europa og Sør-Afrika utviklet prosessen basert på NTNUs patent.

Flere titalls pilottester er utført ved Elkems pilotsenter på Fiskaa i Kristiansand og ved Fundiciones Rey-støperiet i Spania.

egg av columbus

Wallin sier SisAl-metoden har en rekke andre fordeler.

I tillegg til å eliminere alle direkte utslipp av CO₂ og nei_X og energieffektiv, vil den nye silisiumproduksjonsprosessen bruke slagg (dross) og avfall fra aluminiumsindustrien.

SisAl-prosessen kan bruke slagg som reduksjonsmiddel i produksjonen av silisium. Det samme gjelder tynt aluminiumsskrap, for eksempel fra matemballasje.

SisAl-prosessen lager også slagg, som kalsiumoksid og aluminiumoksid, men dette er stoffer som etterspørres av stålindustrien, forklarer Wallin.

Den nye smelteprosessen gir også mulighet for bedre utnyttelse av råstoffet, da fin kvarts («fines») kan brukes. I den tradisjonelle prosessen bør bøter frafalles.

Sirkulær økonomi

«Utfordringen vi bruker mest tid på akkurat nå er å skape en sirkulær forretningsmodell som inkluderer metallindustrien. Vi ser store muligheter for synergier som vil være til fordel for både miljøet og økonomien,» sa Wallin.

«Vi søker å utnytte råvarene bedre og finne lavest mulig utslipp, mindre energiforbruk, maksimal gjenbruk og minst mulig avfall. Størrelsen på avgiften som myndighetene legger på CO₂ utslipp er selvfølgelig også en faktor i beregningen, sier Wallin.

Neste skritt

Silisium produseres av Elkem og Wacker i Norge. Wallin mener at dagens silisiumstøperier kan bruke SisAl-teknologi uten store investeringer for å supplere eller delvis erstatte dagens produksjon.

Et pilotanlegg for produksjon av SisAl bygges i Sør-Afrika som en del av et EU-prosjekt. Wallin anser dette som et viktig skritt før den eventuelle byggingen av et anlegg i industriell skala.

EU har som mål om selvforsyning

EU har utpekt silisium som et kritisk viktig metall. Silisium har halvlederegenskaper og er et essensielt materiale i kretskort, solceller og alle elektroniske enheter.

Silisium, i legeringer med aluminium, er også en del av mange materialer som vi bruker til daglig. I dag står Kina for to tredjedeler av verdens silisiumproduksjon.

Verdens aluminiumproduksjon er 60 millioner tonn. Silisiumproduksjonen er 12 millioner tonn. Europa produserer mindre enn halvparten av sitt behov. EU ønsker å bli mer selvforsynt med nøkkelmetaller, noe som har blitt en toppprioritet siden invasjonen av Ukraina. EU-kommisjonen mener også at silisium-, aluminium- og ferrolegeringsindustrien står i fare for å bli flyttet til lavkostland gitt de strengere miljøkravene i Europa.

Aluminiumskrap eksporteres årlig fra Europa i en mengde på 600 000 tonn. EU har som mål å fase ut denne eksporten for å unngå tap av verdifulle råvarer.

Norge i en drømmeposisjon

Takket være vannkraft er norsk metallproduksjon blant de reneste i verden. Island er i samme klasse på grunn av geotermisk energi og vannkraft.

– Norge er i en unik posisjon til å kunne produsere silisium og aluminium med enda mer miljøvennlige metoder enn i dag. For silisium tror jeg vi er nær en teknologisk endring. Det skjer også mye i aluminiumsindustrien. Samtidig er potensialet for renere produksjon og bedre ressursbruk enda større når to viktige næringer kan samarbeide, sa Wallin.

– Norge har også fordelen med korte transportavstander mellom anleggene til de to næringene. Vi tror SisAl-prosessen helt kan erstatte dagens metode, men det vil nok ta tid, sier hun.

En versjon av forskningen er publisert på preprint-serveren SSRN elektronisk tidsskrift.