Carbon Black og solcelleproduksjon

[G]

Kom over en interessant artikkel hos Dagbladet.no

 

Kullsvart gull

 

DEN UTSTRAKTE HANDA gir meg et fast trykk til velkomst.

 

Så får den en stor, blå hanske på og dykker ned i en brun papirsekk. Sekundet etter har forskningssjef Aud Wærnes neven full av et stoff som minner om melis.

 

Om det ikke var for den beksvarte fargen.

 

- Visste du at bildekk var hvite, helt til verden fikk pulver som dette, spør den lavmælte nordmørsstemmen. Så kremter hun og fortsetter:

 

- Det er skittent og grisete, dette stoffet her. Men går alt som vi håper, vil det snart bli brukt som hjelpemiddel til å lage tonnevis av metall som er reint nok til å bli solceller.

 

Wærnes er opprømt. Sammen med kollegene har hun i ti år deltatt i et kappløp som skal gi verden mer av knapphetsvaren solcellesilisium.

 

Nå ser de målseilet på nært hold!

 

SVART, MEN ULTRAREINT. I hansken holder SINTEF-medarbeideren milliarder av sotlignende karbonpartikler. Handelsnavn: Carbon

Black.

 

Den vanlige fabrikkutgaven av slikt stoff ender fortsatt primært i bildekk. Men pulvervarianten som SINTEF og konsernets samarbeidspartnere lager, er mye reinere.

 

Karbon er stoffet smelteverkenes ovner må jafse i seg for å klare å omvandle kvartsstein til silisium-metall, hovedbestanddelen i solceller flest. Med det ultrareine karbonet som utgangspunkt har SINTEF, metallprodusenten Fesil og et knippe utenlandske makkere utviklet en ny prosess for framstilling av solcellesilisium.

 

Resultatene er så lovende at Fesils datterselskap Fesil Sunergy i høst har besluttet å starte industriell prøveproduksjon av solcellemetall basert på prosessen.

 

Wærnes gjør det klart at det handler om metall som lages med mye lavere kostnad og energiforbruk enn tradisjonelt solcelleråstoff. Og like fullt vil gi effektive solceller!

 

Går alt bra, vil fabrikk nummer én, til over en milliard kroner, stå klar i 2011. Den vil gi 100 til 150 arbeidsplasser. Og dragkampen om hvor den skal ligge, er alt i gang.

 

SEILRACE GIR FARSKAPET. Høsten 1997 møtes to menn på ei kai i Cape Town.

 

Der og da starter historien som gjør Aud Wærnes og kollegene hennes til solcellepionerer.

 

Sirkuset rundt Whitbreads «jorda rundt-seilas» har akkurat kommet til Sør-Afrika. 30 døgn etter starten i Southampton klapper Norges båt, Innovation, til kai i Cape Town.

 

Farkosten har skipper Knut Frostad ved roret og sponses av Kværner. Det norske industriselskapet har et utviklingsprosjekt hos Aud Wærnes og kollegene hennes. Samarbeidet har resultert i en ny prosess for spalting av naturgass. Produktene er ettertraktet hydrogen - og voksende mengder Carbon Black.

 

Når Carbon Black tilsettes i bilgummi, blir dekkene sterke og elastiske. Standardpulveret som er brukt i dekk, lages av tung olje fra raffinerier.

 

Naturgass, som er SINTEFs og Kværners råstoff, er mye reinere. Derfor sitter de to partnerne med et karbonmateriale som rommer langt mindre fremmedstoff enn vanlig Carbon Black.

 

Idet seilbåtene ankommer Sør-Afrika, treffes to menn som lurer på om det ultrareine, nattsvarte pulveret kan få et nytt bruksområde. Utenfor bilgummifabrikkene. Den ene av mennene er Kværners «hydrogen og Carbon Black-sjef», nå avdøde Steinar Lynum.

 

Den andre heter Benno Wiersma. Forretningsmann, hollender - og full av entusiasme både når det gjelder seiling og fornybar energi. Lynum er opptatt av å finne alternative anvendelser for Carbon Black. Wiersma vil gjerne tjene penger på solceller.

 

TRIGGET AV FJERNSAMTALE. Mens praten går nær Afrikas sydspiss, stiller solcelleindustrien sin ennå relativt beskjedne materialhunger ved å spise rester fra elektronikkindu striens matfat.

 

De fleste solceller har ei tynn skive av silisium som sin aktive kjerne, et av grunnstoffene jordskorpa har mest av. Stoffet er hovedingrediensen i bergarten kvarts, der det har giftet seg med oksygen.

 

Skilsmissen finner sted i ferrolegeringsindustrien, ved 1800 graders varme. Ut av smelteovnene kommer flytende silisium, såkalt metallurgisk silisium. Materialet brukes for det meste som legeringstilsats i aluminium og til å lage silikon, en ingrediens i alt fra fugemasse til tåtesmokker og kosmetikk.

 

Rett fra ovnen kan ikke metallurgisk silisium anvendes til å lage strøm fra sola. Først må det må renses for andre grunnstoffer. Tradisjonelt en dyr og energikrevende prosess.

 

I hele sin barndom har solcelleindustrien fått sin rensede silisium ved å kjøpe overskuddsmateriale fra råvarefabrikker som forsyner den kresne elektronikkindustrien. Inn i solcellene går vrakproduksjon og kapp fra ultrareine silisiumstaver som skal bli innmat i pc-er og annen elektronikk.

 

— Wiersma kjenner solcellebransjens bekymring for at det før eller seinere vil bli for lite av disse tradisjonelle solcellematerialene — metall som er reinere enn det solcelleindustrien strengt tatt trenger. For solcella trenger ikke like reint silisium som pc-en!

 

Wiersma og Lynum vet også at ferrolegeringsverkene bruker kull og koks i ovnene sine, til å binde oksygenet i kvartssteinen og dermed få skilt oksygenet fra silisiumet.

 

Mens Afrikas sol stråler over Kappstaden, spør de to seg: Kan det ultrareine karbonet fra SINTEF erstatte kull og koks og bli nøkkelen til en ny type smelteverk, innrettet mot solcelleindustrien?

 

Sagt med andre ord: Kan stoffet, fordi det forurenser metallet mindre enn kull/koks, gi silisium som rett fra verket er rein nok til å bli solceller?

 

Duoen blir enig om å ringe til SINTEF i Trondheim og spørre Aud Wærnes.

 

VARMERE ENN HOS DANTE. Elleve år seinere står det 2008 på kalenderen.

 

Men Wærnes husker Afrika-samtalen som om telefonen kom i går.

 

— Vi tok imot ballen umiddelbart, minnes Aud Wærnes, og legger til:

 

— Mange års forskning hadde gitt oss bred kompetanse innenfor framstilling av metallurgisk silisium. Vi hadde jobbet med solcellesilisium også, tilbake på 80-tallet. For oss var det kjempespennende å se nærmere på dette.

 

Wærnes har akkurat vist meg vei inn i et høyloftet laboratorium av verkstedtypen. Vi står mellom grå murvegger, i hjertet av campus Gløshaugen i Trondheim. På en «hems» over oss ruver et stålmonster. Et vesen Wærnes og kollegene er glade i.

 

Utapå har maskinen svarte gummislanger, kraftige bolter og muttere. Wærnes er mest opptatt av dens indre. For her er den født, prosessen som gir det reine karbonet.

 

Prosessen bygger på såkalt plasmateknologi. Den produktive «livmora» på hemsen er en plasmametallurgisk forsøksreaktor, får jeg vite.

 

Plasma er gass der atomer eller molekyler er blitt ioner (elektrisk ladde atomer eller molekyler). Sendes strøm gjennom slik gass, kan den få ekstremt høy temperatur. Under vidundermaskinen får jeg historien om solcelleprosjektet som har rullet og gått på Gløshaugen omtrent fra da telefonen kimte den minnerike høstdagen i 1997.

 

En fortelling som rommer både opp- og nedturer.

 

NAVNESØSTER I DUSJEN. Oppringningen fra Afrika resulterer i et forprosjekt som Wærnes starter opp sammen med kollega Ola Raaness.

 

Så følger EU-prosjekter, der SINTEF deltar sammen med ett av hollenderen Wiersmas firmaer, pluss det svenske industriselskapet ScanArc og energiforskere fra Nederland. På Gløshaugen kobles forskerne Roar Jensen, Steinar Prytz, Ingeborg Solheim og Eivind Øvrelid raskt inn og blir mangeårige medlemmer av prosjektteamet.

 

Prosessen partnerne utvikler, døpes «Solsilc», som ikke må forveksles med Sunsilk!

 

Reint hår er saken uvedkommende. Men andre reine materialer spiller en hovedrolle.

 

Solsilcprosessen utnytter ikke bare den reine karbonkilden, men også svært rein kvarts. Metallutvinningen skjer i en spesialtilpasset ovn. Derfra går metallet inn i en ny ovn for fjerning av karbonrester som fortsatt er løst i silisiumet.

 

- Benno Wiersma hadde en visjon om at vi skulle bidra langs hele verdikjeden, fra metallframstilling til å skape aksept for solceller i samfunnet. Det er ikke ofte vi oppdragsforskere får sånne muligheter, konstaterer Wærnes i dag.

 

Men hun minnes også tider da finansieringen krympet og prosjektet gikk på sparebluss.

 

- Sa du nedtur? Vi hadde det fryktelig tungt fra 2002 til 2004.

 

Nettopp i 2004 slår mangelen på de tradisjonelle solcellematerialene inn. Akkurat hva den voksende solcellebransjen har fryktet. Råstoffrestene fra IT-industrien, en næring som ikke vokser så fort, er blitt for knappe. Desto mer kraftfullt er SINTEFs argument om at den nye prosessen muliggjør produksjon av solcellemetall i store volum.

 

EU-teamet lager på dette tidspunktet silisium i liten pilotskala, mens karbonfjerning foregår i stor lab-skala. SINTEF inviterer Fesil inn som industripartner. Og får napp.

 

- Et viktig vendepunkt, konstaterer Wærnes i sitt tilbakeblikk.

 

NY ILD I GAMMEL HALL. Inn kommer en aktør med 30 års erfaring fra framstilling av metallurgisk silisium.

 

- Vi var kjempeglade. Med oss fikk vi et industriselskap med mye metallurgisk kompetanse som kunne overføres til den nye prosessen, framholder Wærnes.

 

Etter to års samarbeid med SINTEF og resten av teamet etablerer Fesil og dets hollandske prosjektpartnere selskapet Fesil Sunergy, med Fesil som største eier. I september i år får verden vite at selskapet er kommet langt nok til å innlede industriell forsøksproduksjon av solcellemetallet, med start før påske neste år.

 

Dagen etter drar jeg til et digert, korngult fabrikkbygg i Trondheims utkant. Porten er lukket. Ikke en hvit dott er å se over de seks rustbrune pipene. Alt er stille.

 

Lilleby Smelteverk, etablert i 1927 og en gang kjent for verdens reneste ferrosilisium, stengte dørene i 2002. Nå får verket trekke et viktig siste sukk før det rives. Det er her testproduksjonen skal finne sted. Etter lovende småskalaframstilling i Sverige investerer Fesil Sunergy 150 millioner kroner i det som skal skje i hallen foran meg.

 

Lenger øst i byen, i et næringsbygg ved motorveien til Værnes, har teknisk direktør Lars Nygaard i Fesil Sunergy kontor sammen med resten av Fesil-ledelsen. Han forklarer at fullskala testproduksjon er viktig, blant annet med tanke på utstyrsvalget.

 

Nygaard legger ikke skjul på at prosjektet er forbundet med risiko, som all annen teknologiutvikling. Men han sier også at de 150 millionene er et signal om hvor sterk tro selskapet har på at prosjektet vil komme helt i mål. Han opplyser at en eventuell beslutning om å bygge fabrikk i heldigste fall kommer alt i andre kvartal neste år.

 

- Lander vi på bygging i Norge, blir det sannsynligvis i Orkanger. Men muligheten for investeringsstøtte er bedre ute i Europa, og det frister aksjonærene, sier Nygaard.

 

På veien tilbake til byen stanser jeg på Gløshaugen. Aud Wærnes har fått de tilsmussede hanskene av og sitter på kontoret. Siden hun fikk den minnerike telefonsamtalen fra Sør-Afrika for elleve år siden, har «Around the World»-seilasen skiftet sponsor, navn og rute. Og ingen norske båter er med på årets jordomseiling.

 

- Det går jo an å håpe, likevel, at livet vil by på en like spennende oppringning en gang til, sier en smilende Aud Wærnes.

 

Klar for neste etappe i sol-OL. •

 

 

Denne artikkelen er skrevet av NTNU og SINTEFs forskningsmagasin Gemini og gjengitt av Magasinets nettredaksjon.

[SeaLion]

Dette var svært interessant. Takk for videreformidlingen. Jeg har irritert meg over at Lilleby smelteverk på Lade, til tross for at det faktisk gikk med overskudd, ble lagt ned. Og jeg har flere ganger lagt merke til Fesil-bygningen på Ranheim. At disse bygningene på denne måten er knyttet sammen med NTNU Gløshaugen og et prosjekt for framtidens energiproduksjon ante jeg ikke, men nå vet jeg det. Takk igjen!