En koldioxidfri förädlingsprocess börjar ta form
Nästa generations pelletsverk är under utveckling. Och när de fossila bränslena ska fasas ut – till förmån för koldioxidfria alternativ, sker det först och främst genom sameldning. Det är det första steget i flerstegsraketen på vägen mot framtiden. – Vi arbetar för att tio procent av kolet ska ersättas med vätgas redan år 2026, säger Fredrik Normann, projektledare på LKAB.
När LKAB leder omställningen av gruvindustrin mot en hållbar framtid innebär det noll utsläpp av koldioxid, från gruva till hamn. Det är en omfattande brytnings-, förädlings- och transportprocess som ska ställas om och det fordrar nya och innovativa lösningar.
– Värmningen i pelletsverken är den stora källan till koldioxidutsläpp i förädlingsprocessen. Att lösa värmningstekniken i framför allt grate-kiln verken är en utmaning, säger Björn Åström, projektchef på LKAB.
LKAB:s pelletspark består av sex verk varav fyra är så kallade grate-kiln verk, som finns i Kiruna och Svappavaara. Det innebär att ugnen är roterande till skillnad från hur bränningen går till i ett så kallat straight-grate verk. Med andra ord sker bränningen av pelletskulorna stegvis på en bädd medan kulorna i grate-kiln verket roteras och bränns i en stor trumma. Det är också i kiln som den största mängden värme tillförs genom förbränning av kol och olja.
– I kilnverken har vi en betydligt större flamma och värmeöverföringen till produkt att ta hänsyn till. Det gör också den här processen till en svårare fråga att lösa och vi måste själva se till att utveckla teknologin vi behöver, säger Fredrik Normann och fortsätter;
– Det handlar inte om en totallösning utan om en successiv omställning. År 2030 ska
25 procent av kolet vara ersatt med vätgas.
Stål utan kol
Omställningen av LKAB har en relativt kort deadline. Redan år 2045 ska hela verksamheten genomgått en reformering vilket innebär att de traditionella och koldioxidbelastande fossila bränslena – kol och olja, ska ersättas. Det handlar delvis om ett skifte till förmån för biomassa men framför allt om vätgas. Och först ut i omställningsprocessen, av grate-kiln verken, är pelletsverket KK2 i Kiruna.
– KK2 blir vår testbädd. Det är ett verk som är rustat för utveckling och som har den minsta produktionen. Därför lämpar sig det bra att påbörja testerna där, säger Fredrik Normann.
Men egentligen är det LKAB:s verksamhet i Malmberget som är först ut i omställningsprocessen. Däremot handlar det om straight-grate verk vilket på förhand är en något enklare uppgift att lösa.
– Det finns ingen annan, i hela världen, som gör det vi ska göra. Det innebär att vi måste leda utvecklingen och det gör vi genom samarbete med ett antal olika parter. Till exempel i samarbete med Luleå tekniska universitet och Chalmers tekniska högskola och genom att initiera ett ännu närmare samarbete med en av våra leverantörer, med Metso Outotec, säger Björn Åström.
Pilottester 2023
I LKAB:s pilotanläggning, i den så kallade ECF:en, kommer pilottester genomföras under senhösten 2023. Det är ett viktigt och avgörande steg inför de storskaliga testerna i KK2 och helt avgörande för framdriften av den koldioxidfria omställningen.
– Det finns ingenting som tyder på att det inte skulle fungera. Det handlar snarare om att utveckla tekniken och att lära oss mer om vätgas och hur värmeutvecklingen och emissionsbildningen fungerar, säger Fredrik Normann.
Men det finns också utmaningar. Utfasningen av kol innebär ett teknikskifte som ger upphov till många möjligheter men också till många frågor. Sameldning, av vätgas och kol, har aldrig genomförts i full skala och än mindre har vätgas som enda energikälla testats i så stor skala. En av många nötter som måste knäckas handlar om att säkerställa produktionen under omställningen eftersom värmeförhållandena har en direkt påverkan på produktkvaliteten.
– Vi måste säkerställa att vi får in tillräckligt mycket värme till produkten vid exakt rätt tid och plats utan att bryta våra miljökrav, säger Fredrik Normann.
Förenklat kan värmefrågan beskrivas genom att jämföra fast bränsle med flytande och på vilket sätt de beter sig annorlunda i kiln. Flytande bränsle brinner nämligen snabbare och intensivare vilket också är kärnan i frågan om att lösa värmefrågan.
– Om man tänker sig att man kastar in ett fast bränsle, till exempel kol, kommer det att hamna längre in i kiln vilket innebär att energin hamnar längre in. Flytande eller gasformiga bränslen hamnar däremot inte lika långt in och det påverkar produktkvaliteten, säger Björn Åström.
Säkerheten kommer alltid först
För att kunna ersätta kol med vätgas kommer en så kallad elektrolysanläggning byggas i nära anslutning till KK2. Projektgruppen utreder möjligheterna att anlägga en anläggning med en kapacitet på omkring 20 megawatt vätgas vilket är synonymt med omkring 50 procent av värmningsbehovet i pelletsverket.
– Att lära sig hantera vätgas på ett rätt och säkert sätt är en fråga som är högt prioriterad. Det är jätteviktigt och en stor del av arbetet handlar om just det, säger Björn Åström.
När vätgasen ska ingå som energikälla i förädlingsverket innebär det att transporten, från elektrolysanläggningen direkt till ugnen i förädlingsverket, sker genom så kallade pipelines, det vill säga; rörledningar anpassade för vätskor och gaser.
– Det är en extremt lättantändlig gas med stor explosionsrisk. Materialval blir särskilt viktigt eftersom vätgas har lätt att ta sig ut genom till exempel tätningar, säger Fredrik Normann. Vätgasen är alltså reaktiv vilket innebär att den är lättantändlig och det ställer extra stora krav på säkerheten. Det innebär att infrastruktur byggs för att minimera risker, till exempel genom att infoga dubbla lager rör i pipelinen. Ett omfattande givarsystem behöver också installeras som mäter tryckförändringar och avvikelser likväl som säkerhetsbarriärer upprättas i form av sprängluckor och på sättet ventilation placeras.
– Hanteringsmässigt krävs betydligt mindre hantering av vätgasen än med ett fast bränsle som kol. Ingen manuell hantering är nödvändig, säger Fredrik Normann.
En central fråga för en koldioxidfri framtid handlar om kraftförsörjningen och det är en fråga som blir än mer aktuell – i takt med att vätgasproduktionen växlar upp takten. I slutändan är behovet omkring 1000 gigawattimmar mer el än det LKAB idag förbrukar.
– Det betyder att vi ska gå från att förbruka cirka 1500 gigawattimmar el till cirka 2500 gigawattimmar el när pelletverken i Kiruna är helt koldioxidfria. Vi behöver designa ett helt nytt energisystem där vätgas produceras och lagras när vi har tillgång till el, säger Björn Åström.
Text: Josefine Ejemalm
- År 2030 ska koldioxidutsläppen från LKAB:s förädlingsverk reduceras med 25 procent.
- Reduceringen ska ske med utgångspunkt från 2020 års utsläppssiffror.
- Omställningen av de så kallade grate-kiln verken börjar med att introducera vätgas i KK2.
