Visste du at metallindustrien i Norge står for ti prosent av vårt totale utslipp av CO2? Og visste du at norsk metallindustri er blant de som slipper ut minst CO2 i verden?

I følge norsk prosessindustri sitt veikart, skal produksjon av silisium, jern- og manganlegeringer være CO2-nøytral innen 2050 og samtidig øke produksjonen til det dobbelte av 2016-nivå. Slike målsetninger nås ikke uten innsats.

I høst starter Sintef opp et nytt forskningsprosjekt hvor vi blant annet skal se på helt nye måter å fremstille metaller på. Målet med prosjektet er å redusere CO2-utslipp fra metallproduksjon. Norsk prosessindustri er generelt svært energieffektiv og fornybar vannkraft benyttes som energikilde. Norge er blant de landene i verden med lavest CO2-utslipp per tonn produsert silisium og ferrolegeringer.

Kina som er verdens største produsent slipper ut nesten fire ganger så mye CO2 per tonn. At vi bruker vannkraft som energikilde har mye å si for CO2-utslippet, men selve prosessene for metallproduksjon som brukes i Norge i dag er dessuten allerede godt optimaliserte.

Norsk prosessindustri har redusert sitt CO2-utslipp med 40 prosent siden 1990 samtidig som produksjonen har økt med 37 prosent. Ytterligere optimalisering vil derfor ikke bidra til de store utslippsreduksjonene. Her må det altså tenkes nytt!

Hvor kommer all CO2-en fra?

Men hvor kommer all CO2-en fra? Hvorfor slippes det ut CO2 når man lager silisium, jern- og manganlegeringer?

De fleste metallene finner vi i berggrunnen vår som oksider. Det vil si at hvert metallatom har bundet seg til et eller flere oksygenatomer. De har inngått et slags giftemål og bindingen mellom disse atomene er svært vanskelig å bryte. For å få det til, må man både bruke energi og friste oksygenatomene med et mer attraktivt alternativ.

I atomenes verden nytter det ikke å komme med en yngre utgave, men for oksygen er karbon alltid et fristende alternativ. Ett karbonatom kan, med litt drahjelp, snappe til seg både ett og to oksygenatomer og danne CO og CO2. Metallatomet vårt blir stående igjen alene, eller som vi liker å si det; vi har produsert reint metall.

Drahjelpen som karbonatomene trenger bidrar industrien med i form av elektrisk energi. Metalloksider blandes sammen med karbon, gjerne i form av kull, i store ovner. Så settes det på en spenning og det dannes en lysbue inne i ovnen som kommer med all den drahjelpa karbonatomene trenger for å kunne stikke av med oksygenatomene.

Hvorfor er det så vanskelig?

Men finnes det ikke andre måter å gjøre det på? Det enkle svaret er «nei». Det finnes mange oksider, altså metallatomer som har bundet seg til oksygenatomer, i jordskorpa fordi metallatomer liker å være sammen med oksygenatomer. Det er energetisk gunstig og danner et stabilt system.

Det er like naturlig at metaller og oksygen søker sammen som at en stein man løfter fra bakken faller ned igjen når man slipper dem. For å få steinen opp igjen må man tilføre energi og dersom man vil at steinen skal bli værende i høyden må man finne noe å legge den på. På samme måte må man tilføre energi for å bryte båndene mellom metallatomer og oksygenatomer og man må gi oksygenatomene et alternativ slik at de ikke bare binder seg til metallatomene på nytt igjen. Og det må være et attraktivt alternativ.

For å ta steinen vår som eksempel igjen, så hjelper det ikke å legge steinen fra seg i lufta eller på vannoverflaten og tro at den ikke skal dale ned mot jordoverflaten igjen, nei man må finne noe solid som er sterkt nok til å holde steinen vår oppe. I oksygenatomenes verden er et annet karbonatom en slik solid flate. Karbon binder seg til to oksygenatomer og danner et nytt stabilt system som er så stabilt at de enslige metallatomene ikke klarer å nappe tilbake oksygenatomene fra karbon.

At karbon og oksygen danner et så stabilt forhold er jo også en del av problemet. Det er vanskelig å gjøre noe med CO2 som allerede er dannet. Å unngå å danne det ville derfor vært den beste løsningen. Men hvordan i all verden skal man få til det?

Biokarbon? – Kanskje, kanskje ikke

En metode som ofte nevnes som svar på det meste CO2-relatert i dag er å bruke biokarbon. Biokarbon er karbon som er bundet i biologisk materialer, som for eksempel treflis. En slik prosess vil danne akkurat like mye CO2 som en prosess hvor karbon blir tilsatt i form av for eksempel kull. Hvorfor skal man da bytte ut kull med trefliser, når utslippene forblir de samme?

Siden trær forbruker CO2 når de vokser, så tenker man seg at ved å bruke trefliser så slipper man bare ut det som neste tre uansett vil bruke opp. Men dersom man danner CO2 fra noe som ligger i bakken, for eksempel kull, så vil denne CO2'en komme i tillegg til den såkalte «naturlige» CO2'en.

Selvfølgelig er ikke forklaringen med naturlig CO2 helt vanntett. Den vil kun gjelde dersom man danner CO2 i samme fart som plantelivet på jorda forbruker den. For at et slikt system skal være bærekraftig må man ta hensyn til slike ting som arealforbruk, utmagring av jorda og at biomasse heller ikke er en utømmelig ressurs. I tillegg vil det by på tekniske problemer når kull blir byttet ut med treflis i en lysbueovn. Biomasse har blant annet større volum og det inneholder mye ureinheter. I et helt reint system er produktene fra lysbueovnen kun metall og CO2, men jo mer ureine råvarene er, desto flere biprodukter får man. Disse biproduktene må man også få kontroll på før man vet om det er fordelaktig å bruke biokarbon.

Det er altså ikke gitt at biomasse er egnet, men har vi noen andre alternativer?

Helt nye tanker

Kan man tenke seg at det går an å tilby et annet alternativ enn karbon til oksygenatomene som erstatning for metallatomene de har blitt revet bort fra? I teorien vil det være fint om man kunne tilby dem hydrogenatomer isteden. Oksygen danner også et veldig stabilt system med to hydrogenatomer. H2O, eller vann som vi vanligvis kaller det, er også en drivhusgass, men siden det foreligger som væske – og i tillegg en væske som alt liv på jorda er helt avhengig av – kan vi slippe ut så mye H2O vi bare makter og orker uten å gjøre noe skade. Problemet er at hydrogen er ikke attraktivt nok for oksygenatomene til at de vil gi slipp på metallatomene de er så glade i. Men kan man lure dem litt? Eller kan man i det minste få noen av oksygenatomene til å gi slipp på metallatomene sine? Det er en av de tingene vi ønsker å finne ut.

Og til slutt skal vi også alltid spørre oss selv, finnes det en helt ny metode? Noe som ingen har tenkt på før? Finnes det helt andre atomer vi kan bruke? Det kan hende, og i så fall så ønsker vi å finne det ut.

Det er med andre ord ingen enkel oppgave SINTEF, NTNU og metallindustrien har foran seg, men der det er vilje og viten er det håp. Vi vet ikke helt hvordan metallindustrien vil se ut i fremtiden, men at den vil komme til å redusere CO2 utslippene sine, det er vi sikre på.