Snabbare miljöresultat med datorsimulerad cement- och kalkproduktion
Bodil Hökfors har tagit fram ett databaserat simuleringsverktyg som ska göra cement- och kalktillverkning mer miljösmart samtidigt som kvaliteten på produkten bibehålls.
Tillverkningen av cement och kalk är energiintensiv och innebär stora utsläpp av klimatpåverkande koldioxid. Ett sätt att arbeta för en ökad miljömässig hållbarhet inom cement- och kalkindustrin är att studera och utvärdera alternativa metoder som skulle kunna minska koldioxidutsläppen.
Införande av nya slags bränslen och råmaterial, energieffektiviseringsåtgärder och nya förbränningsteknologier kommer att påverka industriprocesserna och Bodil Hökfors har i sin forskning tagit fram ett verktyg som i förväg förutspår olika processändringars inverkan på produktkvalitet, tillverkningsprocess och yttre miljö.
Hennes resultat kan få en stor betydelse
– Verktyget minskar behovet av kostnadskrävande fullskaleförsök i produktionsmiljö, och det går därmed snabbare att få nya tillverkningsmetoder i skarp drift, säger Bodil Hökfors.
I framtiden förutspås CCS (Carbon Capture and Storage) bli en viktig del i att stabilisera nivåerna av växthusgaser i atmosfären. CCS innebär att fånga koldioxid ur rökgaserna från industriprocesserna, komprimera och lagra dessa djupt ned i geologiska formationer.
Oxy-fuelförbränning samt rening av rökgaserna med aminer är de tekniker som idag utpekas som de mest lovande CCS-teknikerna för cement- och kalktillverkning. Oxy-fuelförbränning innebär stor påverkan på tillverkningsprocessen medan rening med aminer inte påverkar tillverkningsprocessen alls.
Eftersom det i dag inte finns någon fullskalig fabrik med CCS-teknik för cement- och kalktillverkning så kan en datormodell ge värdefull information. Med sitt simuleringsverktyg har Bodil Hökfors utvärderat olika alternativ av oxy-fuelförbränning.
– Det ena alternativet innebär att all koldioxid från processen fångas in och i det andra alternativet fångas mer än 80 procent av koldioxiden men innebär också betydlig mindre ombyggnationer av produktionsprocessen. Mina resultat visar på att man kan uppnå en effektiv koldioxidavskiljning samtidigt som produktkvaliteten behålls med båda oxy-fuel alternativen, säger hon.
De kemiska reaktionerna vid cementtillverkning är komplexa och svåra att följa, eftersom allt sker i en sluten process där materialet går in från ena hållet och luften för förbränningen från det andra. För att verifiera simuleringsmodeller har processdata från tre fullskaliga fabriksmätningar vid fem olika tillfällen sammanställts och jämförts med simulerade resultat. Verktyget baseras på termodynamisk teori som beskriver de komplexa kemiska reaktionerna i både gas och i material.
Arbetet har utförts i nära samarbete med Cementa och Nordkalk.
Fredagen den 14 mars försvarar Bodil Hökfors, institutionen för tillämpad fysik och elektronik, Umeå universitet, sin avhandling med titeln: Phase chemistry in process models for cement clinker and lime production. Svensk titel: Faskemiska processmodeller för tillverkning av cementklinker och kalk.
