Påvirkning av gassatmosfære på trekullproduksjon

Fokuset på en mer bærekraftig metallindutri har økt de siste årene. Et alternativ for å redusere CO2 utslippene er å erstatte fossilt kull som reduksjonmiddel med trekull. Elkem er verdensledende innenfor produksjon av silisium og ferrosilisium. I 2017 var 21% av reduksjonsmiddelet i Elkems prosess basert på fornybare råvarer. Mengden trekull som brukes i deres prosess i dag er ca. 35000 tonn/år, som vil øke til 188000 tonn/år i 2030. Trekull produseres ved termisk dekomponering av biomasse uten tilgang til oksygen. Denne prosessen heter pyrolyse. Overgangen fra fossilt kull til trekull byr på spesielt to utfordringer for Elkem. Fossilt kull er billigere enn trekull, og de vil trenge en stor andel av tremassen tilgjengelig for norsk industri for å produsere alt trekullet de trenger. En løsning til begge utfordringene er å øke utbyttet av trekull fra pyrolyseprosessen. Målet i denne masteroppgaven var å undersøke om endring av gassatmosfæren i pyrolysereaktoren kan øke utbyttet av trekull eller endre dens egenskaper. Syv forskjellige eksperimenter ble utført, hvor tre forskjellige gasser ble testet; N2 (inert), CO2 og CO. Resultatene fra CO eksperimentene ble sammenlignet med simuleringsresultater. Utbyttet av trekull, kondensat og gass ble beregnet etter hvert eksperiment. Proximate analyse, termogravimetrisk (TGA) analyse, Brunauer–Emmett–Teller (BET) overflateareals analyse, tetthetsanalyse og Scanning electron miktroskopi (SEM) analyse ble brukt for å analysere trekullet fra eksperimentene. Utbyttet av trekull og kondensat ble ikke påvirket av å endre gassatmosfæren. De ble funnet til å være 29.8±0.3 wt.% og 46.0±0.4 wt.%, respektivt, for alle eksperimentene med hold-temperatur 480°C. For eksperimentene med hold-temperatur 580°C ble trekullutbyttet 27.1 wt.%, uavhengig av gassatmosfære. Proximate analysen viste at trekullet som var produsert i CO2 eller CO atmosfære hadde signifikant høyere fikst karbon (FC) innhold. Fikst karbon utbyttet ble funnet til å være 0.227g FC/g biomasse for trekullet som ble produsert i ren N2 atmosfære ved 480°C, mens 0.243 og 0.240g FC/g biomasse for trekullet som ble produsert i CO2 og CO atmosfære ved samme temperatur, respektivt. TGA resultatene viste at massetapet var større mellom 400°C og 600°C for trekullet produsert i inert atmosfære enn trekullet produsert i CO2 og CO. SEM bildene viste at trekullet som ble produsert i eksperimenter hvor N2 var brukt under holdfasen hadde spindelvevlignende strukturer i noen av porene. Resultatene i denne masteroppgaven er lovende, men noe motsigende. De viser at det er mulig å forbedre trekullkvaliteten ved å ha CO2 eller CO atmosfære, uten å påvirke trekullutbyttet negativt