Fredrik Lind från Chalmers och Bengt-Åke Andersson från Eon kommer till Panndagarna 2016 för att tillsammans berätta om ett givande samarbete mellan Chalmers och Eon, som resulterat i en rekordsnabb kommersialisering av ett nytt bäddmaterial.
Chalmers och Eons nya koncept för ökad verkningsgrad och minskade utsläpp i kraftvärmeverk, som under Panndagarna 2016 presenteras av Fredrik Lind från Chalmers och Bengt-Åke Andersson från Eon, bygger på upptäckten av ett nytt bäddmaterial.
Upptäcktes av en tillfällighet
Även om den inte kunnat ske utan Chalmers långvariga och långsiktiga samarbete med industrin var upptäckten en ren tillfällighet. Fredrik Lind gick tillsammans med kollegan Henrik Thunman vid Avdelningen för energiteknik på Chalmers igenom testresultat från deras gemensamma forskning kring att omvandla fast biomassa till grön fordonsgas. Då de renade gas från tjära i Chalmers biomassaförgasare hade de använt malmen ilmenit som katalysator och till sin förvåning insåg de att malmen inte efterlämnade några oförbrända komponenter.
Fredrik Lind mins att Henrik Thunman sade att de borde prova detta i en panna och därmed var den revolutionerande idén född.
– Det är inte så många gånger under en forskarkarriär som man stöter på en idé som man direkt förstår helt kommer att förändra synen på vilka möjligheter en teknik har. Men det handlar inte om en snilleblixt fångad ur tomma intet. Långtifrån. Indirekt är det frukten av ungefär 600 manårs arbete på Chalmers, menar Fredrik Lind.
Problemet med dagens pannor
Då kraftvärmeverk förbränner biomassa och avfall i stor skala använder de oftast så kallad fluidbäddförbränning, där ett bäddmaterial, i form av vanlig sand, hjälper till att hålla en jämn temperatur i pannornas förbränningskammare oavsett hur bränslelasten varierar. Det gör det möjligt att elda även svåra bränslen, som till exempel mycket fuktigt bränsle. Fredrik Lind menar emellertid att det finns ett problem.
– Den kalla förbränningsluften blandar sig inte bra med de varma gaserna i en panna. Det är lite som att försöka lösa upp sirap i iskallt vatten, förklarar Fredrik Lind.
Allt bränsle förbränns därför inte alltid, vilket bland annat betyder att pannorna ständigt måste rengöras eller ångsotas.
Sätter turbo på kraftvärmeverk
För att lösa problemet tillsätter man idag extra mycket kall luft. Detta drar emellertid ner pannans verkningsgrad.
Den idé som kläcktes av Fredrik Lind och Henrik Thunman angriper problemet från en annan synvinkel. Genom att ersätta sanden i bäddmaterialet, som tidigare endast setts som en värmebärare som jämnar ut variationer i temperaturen, med järntitanoxiden ilmenit får bäddmaterialet nämligen en helt ny funktion.
Ilmenit och andra metalloxider har till skillnad från sand en syrebärande förmåga. Detta ger dem en stor fördel eftersom de kan transportera syre från områden i förbränningskammaren som har syreöverskott till områden där det är ont om syre. På så vis blir förbränningen jämn och effektiv utan att man behöver tillsätta mer kall luft än nödvändigt. Det betyder att verkningsgraden ökar. Samtidigt minskar dessutom utsläppen av kolmonoxid och pannorna blir inte lika smutsiga.
– Detta är en så kallad disruptive technology, den största förbättring jag har varit med om. Lite som att sätta turbo på processen, säger Bengt-Åke Andersson, som hjälpt till att visa att konceptet fungerar i dagens kommersiella pannor.
Rekordsnabb kommersialisering
Efter Chalmersforskarnas upptäckt att metalloxiders syrebärande förmåga kan utnyttjas i pannor med fluidiserade bäddar skalades tekniken på rekordtid upp till kommersiell skala.
De första vetenskapliga resultaten publicerades i juni 2013. Samma år gjordes också de första fullskaliga försöken med ilmenit som bäddmaterial i Chalmers egen kraftcentral, där det finns en 14 meter hög fluidbäddspanna på 12 megawatt som är världens största panna för forskningsändamål.
– Jag minns hur vi pulsade in bränsle, som med den gängse tekniken skulle spränga alla gränser för tillåtna utsläpp, men som här plötsligt var borta. Det visade med tydlighet att vår tes stämde, säger Fredrik Lind.
Med dessa resultat i ryggen var det enligt Fredrik Lind lätt att övertyga energibolaget Eon, som haft ett samarbete med Chalmers sedan 2008, att satsa på tekniken.
Från november 2014 till maj 2015 genomförde Chalmersforskarna tillsammans med personal från Eon långtidsförsök i kommersiell skala med det nya bäddmaterialet i Händelöverket i Norrköping, som är ett av Sveriges modernaste kraftvärmeverk. Under försöken byttes den normala sanden ut mot ilmenit i en av kraftvärmeverkets fem pannor, en fluidbäddspanna på 75 megawatt.
Stora vinster
Försöket vid Händelöverket har idag övergått i kontinuerlig drift och Eon, som totalt har ett tiotal fluidbäddspannor i Sverige, har även planer på att införa tekniken vid fler av sina anläggningar.
– Den största utmaningen blir att överföra ingenjörskunnandet. Inom branschen har man kört på ett sätt i 50 år och här kommer vi från Chalmers och berättar att anläggningen måste köras på ett helt nytt sätt, ibland nästan tvärtom mot vad man är van vid. Att få det förtroendet tar tid, säger Fredrik Lind.
I framtiden skulle tekniken dessutom kunna få stor genomslagskraft även utanför Sveriges gränser.
– Vi vet nu att vi kan sänka drifts- och underhållskostnaderna kraftigt, sannolikt i de flesta av de tusentals kraftvärmeverk som idag är i drift internationellt, säger Fredrik Lind.
Exakt hur stora vinsterna blir går ännu inte att säga men det uppskattas handla om tiotals miljoner kronor om året för varje panna i 100 megawattklassen.
Utöver de ekonomiska vinsterna förväntas även klimatvinsterna bli stora.
– En av vinsterna är att kunna elda svåra bränslen som riktigt svåra avfall. Det kommer att bli en vardag i framtiden om vi ska klara våra klimatmål, säger Fredrik Lind.
FAKTA:
Den idé som kläcktes av Fredrik Lind och Henrik Thunman angriper problemet från en annan synvinkel. Genom att ersätta sanden i bäddmaterialet, som tidigare endast setts som en värmebärare som jämnar ut variationer i temperaturen, med järntitanoxiden ilmenit får bäddmaterialet nämligen en helt ny funktion.
Ilmenit och andra metalloxider har till skillnad från sand en syrebärande förmåga. Detta ger dem en stor fördel eftersom de kan transportera syre från områden i förbränningskammaren som har syreöverskott till områden där det är ont om syre. På så vis blir förbränningen jämn och effektiv utan att man behöver tillsätta mer kall luft än nödvändigt. Det betyder att verkningsgraden ökar. Samtidigt minskar dessutom utsläppen av kolmonoxid och pannorna blir inte lika smutsiga.
