Material för nya energiteknologier

För att kunna möta hårdnande krav på miljövänliga transporter krävs en utveckling av ekonomiskt gångbara alternativ till de fossila bränslen som dominerar idag. På dagens biodrivmedelsmarknad återfinns framförallt bränslen som etanol, RME och rötgas. Nästa generations biobaserade drivmedel kräver dock effektivare framställningstekniker och förgasning av biomassa förväntas där spela en viktig roll.

Vid förgasning sker, till skillnad från vid fullständig förbränning, en partiell oxidation av bränslet för att skapa en syntesgas bestående av framförallt kolmonoxid (CO)och vätgas (H2). Fördelen med denna typ av process är att syntesgasen kan konverteras vidare till en rad olika slutprodukter, bl.a. drivmedel i form av exempelvis metanol eller syntetisk diesel. Syntesgasen kan också förbrännas direkt för att driva en gasturbin. Detta innebär en tvåstegsförbränning liknande den som används för gasturbiner med låga NOx-utsläpp. För att göra processen ekonomiskt gångbar kommer antagligen drivmedelsproduktion att behöva kombineras med elproduktion. Syntesgasens termiska energi tas då tillvara för att driva ångturbiner och gasen konverteras i efterföljande steg vidare till drivmedel.

I dagsläget finns ett fåtal anläggningar för biomassaförgasning i Europa varav de flesta ännu drivs i mindre skala. Själva förgasningssteget sker vanligtvis vid temperaturer över 1000 °C där framförallt keramiska konstruktionsmaterial används. Vid efterföljande processteg är temperaturen något lägre och i såväl värmeväxlare som brännare till gasturbiner används höglegerade metalliska material.

Metal dusting

Förgasningsmiljön med höga halter av CO och H2 innebär ett lågt syrepartialtryck och hög kolaktivitet, vilket medför en påtaglig risk för högtemperaturkorrosion i form av katastrofal uppkolning, s.k. "metal dusting". Korrosionsangreppet startar med att kolmonoxid eller kolväten dissocierar på metallytan varefter kol diffunderar in genom den icke-skyddande oxid som i dessa fall bildas. Nedbrytningsmekanismerna skiljer sig beroende på legeringstyp, men resulterar i sönderfall av legeringen till metallpulver och grafit, därav namnet metal dusting.

Brett spann av materialtyper

Inom Nationellt Kompetenscentrum för Högtemperaturkorrosion (HTC) genomför Swerea KIMAB tillsammans med KTH och svenska stålföretag ett projekt för att utreda vilka material/miljö- kombinationer som bör undvikas respektive eftersträvas i syntesgasmiljöer. Inom projektet testas ett brett spann av kommersiella materialtyper, från rostfria stål till nickelbas- och FeCrAl-legeringar. På Swerea KIMAB undersöks materialens beständighet mot uppkolning och metal dusting, samt hur materialens prestanda påverkas av mekanisk last. På KTH genomförs samtidigt dissociationsstudier för att undersöka vilka materialytor som katalyserar dissociation av CO och därmed ökar risken för angrepp i form av metal dusting.

Kontaktperson: Peter Viklund, 08-440 48 37, peter.viklund@swerea.se