Olje og gass

IFEs modelleringskompetanse - en viktig bit i Hydros nye pilotanlegg på Karmøy

IFEs modelleringskompetanse er sentral i utviklingen av nye industriprosesser.
Kontakt

Mortensen, Dag

Avdelingsleder

 

Denne uken har Hydro satt i drift sitt nye, banebrytende pilotanlegg for aluminiumsproduksjon på Karmøy, se nærmere omtale i e24.no: En milepæl https://e24.no/naeringsliv/norsk-hydro/hydro-startet-opp-milliardanlegg-en-milepael/24245960

Bak denne utviklingen har mange ulike forskningsmiljøer bidratt, deriblant IFE, med sin ekspertise på matematisk modellering av materialprosesser.

Modellene gjør det mulig å teste ut ideer til forbedringer i produksjonsprosessen og beregne hva effektene vil bli. På denne måten kan man optimalisere designet på en kostnadseffektiv måte, før det testes ut i virkelig produksjon.

– Det er snakk om kolossale mengder strøm som brukes for å lage aluminium. Selv små forbedringer kan gi enorme utslag på energiforbruket og spare masse penger, sier seniorforsker Steinar Groland.

Magne Rudshaug, Steinar Groland og Jinsong Hua. Disse tre IFE-forskerne har vært sentrale i utviklingen av modeller for elektrolyse i aluminiumsproduksjon: Fra venstre: Magne Rudshaug, Steinar Groland og Jinsong Hua. Modellene de utvikler er viktige verktøy som bidrar til å senke kostnadene ved utviklingen av nye og forbedrede industriprosesser. Ved å bruke en simulert modell av virkeligheten kan nye løsninger testes og optimaliseres, før de senere testes i ut under mer realistiske  forhold i en pilotstudie.

Har utviklet modeller siden 70-tallet

IFE har en lang og bred erfaring fra å utvikle modeller for ulike industriprosesser, og har jobbet med å utvikle modeller for aluminiumsindustrien siden 70-tallet. Disse modellene har gjort det mulig å kutte energiforbruket i produksjonen betydelig, og har bidratt til at det norske selskapet Hydro i dag er verdensledende innen energieffektiv aluminiumproduksjon.

– Jeg har jobbet med aluminium i over 30 år, siden 80-tallet, forteller Steinar Groland. – I starten laget vi modeller for Årdal og Sunndal verk, og etterhvert for Vækerø. Da jobbet vi med modeller som regnet på ulike deler av prosessen, fra elektrolyse til støping. På 90-tallet ble disse verkene kjøpt opp av Norsk Hydro, og da startet samarbeidet med dem, forteller han. Det har vært et stabilt samarbeid preget av gjensidig tillit.

En rekke modeller er utviklet av IFE-forskere, og disse eies og brukes av Hydro. For å koble de ulike modellene sammen ble det etter hvert behov for en overbygning, eller «paraply», og den har IFE utviklet sammen med forskningsavdelingen til Hydro.

– «ALICE» er navnet på systemet vi har laget som overbygning, som kobler alle de ulike modellene sammen. På den måten kan alt kobles mot en database, og man kan putte inn data i de enkelte modellene under den, forklarer Groland.

Gjennom årene har IFEs forskere utviklet en rekke ulike modeller som regner på forskjellige forhold i elektrolyseprosessen, herunder:

  • AlFlu – som regner på strømning i metallet og metallheving
  • BUSBAR - modell for strømtilførsel og skinnesystemet
  • SMASH – som regner på total varmebalanse for ovnen
  • STABILITY – som regner på svingninger og bølger

Eksempel på visualisering fra ett av modelleringsverktøyene IFE har utviklet «AlFlu». Dette beregner hvordan strømningen skjer i metallet og hvordan metallet hever seg i prosessen.Kunnskapen brukes til å optimalisere produksjonsprosessen.

Bildet over viser et eksempel på visualisering fra ett av modelleringsverktøyene IFE har utviklet «AlFlu». Dette beregner hvordan strømningen skjer i metallet og hvordan metallet hever seg i prosessen.Kunnskapen brukes til å optimalisere produksjonsprosessen.

Hemmelig teknologi

IFE-forskerne understreker at de ikke kjenner noen av detaljene knyttet til den nye Karmøy-piloten. Teknologien er hemmelig, og for modellene som IFE-forskerne utvikler har Hydro en eksklusiv bruksrett innenfor feltet aluminium elektrolyse. IFE står derimot fritt til å bruke og videreutvikle sine modeller innenfor andre områder.

– Alt er konfidensielt, og det vi ser er kun en liten del av det totale puslespillet, understreker Groland og Hua.

I bunn av denne typen beregningsverktøy ligger kunnskap om avansert strømningsfysikk, magnetisme, temperaturberegninger, mikrostrukturer og kjemiske prosesser. Prosessene for å lage aluminium er så kompliserte at det må mange ulike modeller til for å beregne de ulike delene. Disse kobles igjen sammen under overbygningen «ALICE», og på den måten kan man få et totalbilde som kan gi en forståelse av de komplekse prosessene som foregår under elektrolyseprosessen.

Modell elektrolyse

Illustrasjon over: Elektrolyse kan brukes til å forgylle, forsølve eller fornikle gjenstander, og brukes også i industrien til å fremstille en rekke metaller som aluminium, lithium, magnesium, sink, nikkel og kobber. Aluminium blir fremstilt i en elektrolyse av aluminiumoksid Al2O3 som igjen er fremstilt av mineralet bauxitt. Elektrolytten er smeltet kryolitt og blir holdt på en temperatur ca. 960 °C hvor rent aluminium blir skilt ut ved katoden i flytende form. Kilde: Wikipedia: https://no.wikipedia.org/wiki/Elektrolyse

2018-02-01 Tekst og foto av Mona Lunde Ramstad, Kommunikasjon