Stål kan effektivisera framtidens energiproduktion

Stål av vissa kvaliteter kan mycket väl användas i förbränningspannor för biomassa. Högt tryck och höga temperaturer behöver inte vara ett hinder. Det visar ett nyligen avslutat forskningsprojekt.

bild från svepelektronmikroskopBild av stålmaterial undersökt i svepelektronmikroskop. Sprickan har uppkommit efter prov med termisk och mekanisk utmattning. Mattias Calmunger.

Högre tryck och temperatur

Skärpta krav på ökad användning av hållbara biobränslen och höjd verkningsgrad ställer hårda krav på materialen i energiverkens förbränningspannor. I framtiden ska de klara inte bara högre temperaturer och tuffare miljöer, med större risk för korrosion, utan också fler start och stopp i anläggningarna än i dag.

Det sistnämnda beror på att bioeldade anläggningar väntas användas som reglerkraft för att kompensera för väderbaserad sol- och vindkraft.

- Biomassan blir en slags buffert för de energislag som inte kan lagras. Men om du stänger på och av en anläggning ofta bygger det in spänningar och ökar belastningen på materialen, säger Mattias Calmunger, som ledde forskningsprojektet.

I dag används olika typer av så kallade austenitiska rostfria stål i förbränningspannor för biomassa. För att klara de framtida hårdare kraven har hittills olika nickellegeringar varit den främsta kandidaten. Dessa klarar de högre temperaturerna men har nackdelen att de är dyra och mindre lämpliga ur hållbarhetssynpunkt.

mattias calmungerEfter att ha doktorerat vid LiU arbetar Mattias Calmunger i dag som universitetslektor och leder forskningsprojekt inom materialområdet.

Stål billigare och bättre

I projektet har forskarna vid Avdelningen för konstruktionsmaterial undersökt om austenitiska rostfria stål också skulle kunna användas på ett effektivt sätt. Det skulle i så fall både vara billigare och innebära mindre miljöpåverkan. En rad olika stålkvaliteter har testats med avseende på temperatur, belastning, utmattning och slagtålighet.

Svaret på den övergripande frågan är: Ja, allt tyder på att mer avancerade (högre legerade) rostfria stål verkligen kan användas. Samtidigt lägger Mattias Calmunger in en liten brasklapp.

- Mycket av det vi gör är grundforskning och man ska kanske inte vara alltför tvärsäker. Men allting tyder på det. Jag tror det finns stora möjligheter att använda de här materialen i framtiden, säger han och fortsätter:

bild från svepelektronmikroskopDatorbearbetad bild av material som inte utsatts för något prov. Färgerna motsvarar olika så kallade kristallografiska orienteringar av stålens korn.

- Vissa stålkvaliteter har till och med visat sig vara i paritet med de nickelbaserade materialen. Och det har varit lite överraskande.

Samarbete med Sandvik

Forskningsprojektet Temperaturpåverkan på egenskaperna hos högtemperaturtåliga austenitiska stål har genomförts i samarbete med stålföretaget Sandvik. Oavsett den framtida tillämpningen har forskningen också ökat den teoretiska kunskapen om stål som material. Den grundforskningen har också ett stort värde, menar Mattias Calmunger.

- Stål är ett etablerat material som har använts länge. På så sätt kanske det finns andra material som är mer spännande. Samtidigt finns det egenskaper hos stål som vi fortfarande vet ganska lite om, och det är väldigt intressant att utforska.

Forskningsprojektet har finansierats av Energimyndigheten. Det har genomförts inom ramen för sjätte etappen av materialforskningsprogrammet KME, som omfattar både företag och lärosäten. Syftet är att möjliggöra kostnadseffektiva förbättringar av termiska energiprocesser så att avfall och förnyelsebara bränslen på ett effektivt sätt kan användas för el- och värmeproduktion.

  • Läs mer om KME.

Läs rapporten här
Visa/dölj innehåll

Kontakt
Visa/dölj innehåll

Läs mer om forskningsområdet
Visa/dölj innehåll

Senaste nytt från LiU
Visa/dölj innehåll