KLIMATOMSTÄLLNINGEN
Professor: Så blir vanliga metaller bränsle utan utsläpp
80-90 procent av all energiomvandling i världen kommer från förbränning av olika slag, främst från fossila bränslen. På Lunds tekniska högskola forskas nu på hur förbränning kan ske med metaller i stället – helt utan koldioxidutsläpp. ”Fördelen är att de finns i stora mängder”, säger Marcus Aldén, professor i förbränningsfysik.
Förbränningsprocessen har varit helt avgörande för mänskligheten under hela industrialiseringen och är fortfarande den dominerande källan för energiomvandling. Problemet är inte processen i sig utan de bränslen som används. Främst kol, olja och fossil gas.
– Därför letar man nu världen över efter alternativa bränslen som också kan agera som energibärare, konstaterar Marcus Aldén.
En av dessa energikällor är vätgas, men det kommer inte utan problem. Vätgasen är högexplosiv och molekylerna är små vilket gör dem svåra att hantera. Detta ökar risker och kostnader vid lagring och transport.
– Vätgasen är fantastisk så till vida att den brinner bra, snabbt och fossilfritt. Problemet är att transportera och lagra den eftersom den har en väldigt låg energitäthet. Även om man höjer trycket till 700 bar så är energitätheten i aluminium högre med ungefär en faktor tio, förklarar Marcus Aldén.
Tunga transporter, som exempelvis handelsfartyg förlitar sig i dag på tjockolja och står inför jätteproblem när de ska bli fossilfria. Att driva fartygen med exempelvis batterier är inte särskilt realistiskt, menar han.
– Det skulle krävas enorma batterier som skulle bli mycket tunga och ta stor plats i fartygen och dessutom skulle det bli mycket dyrt.
”Förbränningen sker helt utan emission av koldioxid.”
På Lunds tekniska högskola forskas nu på förbränning med ett antal olika vanliga metaller. Kisel är det näst vanligaste ämnet i jordskorpan efter syre och utgör 28 procent. Näst vanligaste metallen är aluminium på 8 procent och järn på 6 procent.
– Dessa metaller har dessutom en hög energitäthet, betydligt högre än diesel och kol, förklarar Marcus Aldén.
Tekniken skulle kunna användas både för att ersätta exempelvis kol i ett kraftverk eller för att driva en förbränningsmotor.
– I grunden kan det fungera på samma sätt. Man kan tänka sig att man sprutar in smält metall som en spray som bränns precis som i en dieselmotor men om man bränner det med luft finns risk att man bildar kväveoxider och det är något man behöver undersöka. Man kan också använda det för att driva en panna eller ång- eller gasturbin. Vårt expertområde är att kika på själva förbränningen och hur man kan optimera det.
En fördel med konceptet är att metallen och metalloxiden kan hanteras cirkulärt i ett slutet system.
– Förbränningen sker helt utan emission av koldioxid. Man använder metallpartiklar som man förbränner och sedan samlar man upp de oxiderade partiklarna och regenererar dem till metall igen genom exempelvis elektrolys.
Metallskrot kan användas
Elektrolysen kan då genomföras med exempelvis kärnkraft eller intermittent kraft som exempelvis vindkraft och solenergi när förutsättningarna är gynnsamma. Processen kan också användas till att skapa vätgas.
– Om man tar exempelvis aluminium och låter det reagera med het vattenånga så får man ungefär hälften av energiinnehållet som värme och hälften som vätgas, berättar Marcus Aldén.
Det finns också en hel del metallskrot som skulle kunna användas i processen. Skräpaluminium från gamla motorer är ett exempel som kanske skulle kunna tas till vara. Detta skulle kunna underlätta återvinning av aluminium i ett cirkulärt system.
”Om man satsar på det här i Sverige tror jag att man skulle kunna ha något lite större igång inom 5-10 år.”
Han understryker dock att tekniken är i ett tidigt skede. Forskningen startade 2019 när Marcus Aldén fick 34 miljoner kronor från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse för ett projekt att på ett grundläggande sätt studera förbränning av icke-fossila bränslen, förutom metaller även biomassa och ammoniak.
– Internationellt har man kommit fram till att metallförbränning inte blir dyrare än vätgas eller ammoniak men det finns många utmaningar. Långsiktigt kan det definitivt vara en teknik som kan användas men sedan beror det så klart på om man har tre fullfinansierade forskare eller som i Nederländerna där man har ett 20-tal, konstaterar han.
I Nederländerna har forskarna byggt en prototyp på ungefär 1 megawatt som ger värme och elektricitet till ett ölbryggeri. Testanläggningen fungerar ungefär som ett kolkraftverk men där bränslet i stället är järnpulver.
– Om man satsar på det här i Sverige tror jag att man skulle kunna ha något lite större igång inom 5-10 år men det är en gissning från en atomfysiker. Det här är inget som man kommer att tjäna pengar på i morgon eller nästa år men det kan vara spännande långsiktigt givet de energiutmaningar som finns.
