Fordekt: Nazistene bygget opp aluminiumsverket i Årdal. Mursteinsbygningen fra tidlig 40-tall skjuler den topp moderne pilotfabrikken for anoder. (Bilde: Tore Stensvold)
Første: I august ble den første 50-kilos anoden laget i pilotfabrikken. Her blir den beskuet av Hans Erik Vatne, Johannes Aalbu og Runde Hunderi. (Bilde: Tore Stensvold)
Spor: Johannes Aalbu og fysikkingeniør Jostein Magnesen med anoder som er klare til å settes in i elektrolysecellene. Sporene som slipper ut gassboblene er godt synlig. (Bilde: Tore Stensvold)

HYDRO

Hydro gjemmer high-tech-fabrikk i 60 år gammelt bygg

Pilotfabrikk til 20 millioner kroner.

Slik lages aluminium:

  • Aluminiumsoksid framstilles fra bauxitt – det vil si aluminiumsholdig mineral. Det må 4–5 kg bauxitt til for å lage 2 kg aluminiumsoksid, som via elektrolyse med tilsetning av karbon (0,4 kg), aluminiumfluorid (50 gram) og kryolitt (50 gram), blir til 1 kg aluminium. Det går med ca. 13–15 kWh energi for hver kilo aluminium. Det dannes ca. 1,6 kg CO2. Ved resirkulering, trengs bare 5 % av energien for å smelte metallet og omdanne til nye produkter. Aluminium kan resirkuleres så å si i det uendelige.
  • I elektrolysecellene hos Hydro og andre aluminiumsverk som bruker samme type elektrolyseprosess, Hall- Héroult, blir aluminiumsoksid og kryolitt i en smelte varmet opp til 960 grader celsius. Strømmen går gjennom anoder og til en katode – det vil si hele cellens bunn og sider er foret med karbon og fungerer dermed som katode. Anodene henger ned i smelten ovenfra. Ved anoden frigjøres oksygen under dannelse av gassene karbonmonoksid og karbondioksid, og anoden brenner sakte, men sikkert opp og må erstattes, ca. en gang i måneden. Aluminium synker til bunns og tappes ut, mens aluminiumoksid fylles etter.
  • Aluminiumproduksjon er meget energikrevende. Prosessforbedringer har medført reduksjon i energiforbruket fra ca. 50 kWh per kg aluminium i 1900, til 20 kWh i 1940 ned i ca. 13-14 kWh per kg nå.

ÅRDAL: Du skal ikke skue hunden på hårene, heter det. På Årdalstangen stemmer det godt. Bak fasaden til en over 60 år gammel mursteinsbygning til Hydro i Årdal finner vi et pilotprosjekt til 20 millioner kroner.

Her er forskningsavdelingen til Hydro i Årdal i gang med å lage nye og mer effektive anoder for aluminiumsfabrikkene til Hydro.

Aluminium framstilles ved elektrolyse – det vil si at kraftig strøm mellom en anode og katode omdanner aluminiumoksid til flytende aluminium. Anodene inngår i prosessen og «spises opp». For hver kilo produsert aluminium, går det med ca. 0,4 kg karbon.

Les også: Kjøpte Recs nedlagte fabrikk til spottpris

Vokst ut av lab

Kvaliteten og egenskapene til anoden er avgjørende for å spare energi og sikre kvaliteten på aluminiumen.

Nå må forskerne i Årdal ut av laboratoriet og over i en minifabrikk for å finne fram til de beste råvareblandinger og billigere og bedre framstillingsmetoder.

Anodene «bakes» i Årdal og består i hovedsak av koks med bek som bindemiddel. Kvaliteten på koksen endres også, blant annet som en konsekvens av USAs olje- og skifergassrevolusjon. Koksen som brukes, eller mer eller mindre rent karbon, er blant avfallsproduktene fra oljeraffinerier.

– Laboratorieforsøk kan ikke gi oss de svar vi trenger, blant annet på grunn av kornstørrelser og mekanisk vedheft, sier Johannes Aalbu, leder for teknologiutvikling i forretningsområdet Primærmetall i Hydro.

Les også: Robotarmer lar verftsarbeiderne løfte blytungt

Prøver: Pilotanlegget for anodeproduksjon er topp moderne med spesiallagde maskiner og utstyr fra Hydros vanlige leverandører. Teknisk laborant Rune Hunderi (t.h.) viser Hydros konserndirektør for teknologi, Hans Erik Vatne (t.v.) og Johannes Aalbu, leder for teknologiutvikling i forretningsområdet Primærmetall, hvordan han kan lese av produksjonsdata.
Prøver: Pilotanlegget for anodeproduksjon er topp moderne med spesiallagde maskiner og utstyr fra Hydros vanlige leverandører. Teknisk laborant Rune Hunderi (t.h.) viser Hydros konserndirektør for teknologi, Hans Erik Vatne (t.v.) og Johannes Aalbu, leder for teknologiutvikling i forretningsområdet Primærmetall, hvordan han kan lese av produksjonsdata. Tore Stensvold

1:20

I pilotanlegget, som ble offisielt åpnet i august, produseres anoder på cirka 50 kilo. Anoder som brukes i elektrolysecellene er hver på cirka 1 tonn, og det opp til 40 anoder i hver celle. De største aluminiumverkene har over 1000 elektrolyseceller koblet sammen i serier.

Blant forskningsmålene til pilotfabrikken er å lage anoder som reduserer energibehovet.

Les også: Glemte et nummer på en konvolutt – milliardkontrakt glapp

Oversikt: Kontrollrommet for anodefabrikken på Årdalstangen.
Oversikt: Kontrollrommet for anodefabrikken på Årdalstangen. Tore Stensvold

Fra milli til millioner

– For hver milliampere vi kan spare ved hver anode, blir det store energimengder for Hydro totalt, sier Hydros teknologidirektør, Hans Erik Vatne.

Han tror nye anoder vil ha et økonomisk kjempepotensial, men sier det er for tidlig å tallfeste det. 

Når anoden senkes ned i elektrolysebadet og karbonet reagerer med aluminiumoksid, dannes det gassbobler. Blir de liggende midt under anoden, vil den forbrukes ujevnt. Gassboblene øker motstanden og dermed blir produksjonen mindre effektiv. En enkel idé og en leverandør av skjæreutstyr til oljeindustrien løste problemet.

– Vi skjærer rett og slett inn et skrått spor i anoden for å lede bort gassen. Skjærekniven er forsterket med samme type bits som brukes på offshore borekroner, sier Aalbu.

Sporet og dets dybde skal ytterligere forbedres, sammen med formen og avslutningene på anodetoppen. Det samarbeides tett med produksjonsmiljøet i Årdal.

– Det skal fungere også i praksis, ikke bare i teorien og i en test. Derfor er det tette samarbeidet med produksjonsmiljøet i Årdal helt avgjørende, sier Aalbu.

Les også: Kværner skulle sprenge Goliat. Det gikk ikke så bra

På rekke og rad: Anodene henger ned i elektrolysen. Forskjellig høyde betyr at de er skiftet på forskjellig tidspunkt mens cellen går kontinuerlig. Aluminiumoksid etterfylles via røret i midten.
På rekke og rad: Anodene henger ned i elektrolysen. Forskjellig høyde betyr at de er skiftet på forskjellig tidspunkt mens cellen går kontinuerlig. Aluminiumoksid etterfylles via røret i midten. Tore Stensvold

Samarbeid

Klar: Spesialbygde vogner suger opp den ferdige aluminiumen fra elektrolysecellene og frakter til støperiet..
Klar: Spesialbygde vogner suger opp den ferdige aluminiumen fra elektrolysecellene og frakter til støperiet.. Tore Stensvold
Pilotfabrikken blir heltids boltreplass for to driftsteknikere og en ingeniør, i tillegg til tett oppfølging fra resten av de cirka 20 ansatte ved forskningsavdelingen på Årdalstangen.

– I tillegg vil vi få inn flere NTNU-studenter og forskere fra tid til annen, og vi lyste nettopp ut nye stillinger for nyutdannede. Vi har stor tro på tett og god kontakt med NTNU og Sintef, sier Aalbu.

Hydro har også tett og nært samarbeid med Institutt for energiteknikk (Ife) på Kjeller og Universitetet i Oslo.

Hydro har fått god hjelp fra offentlige instanser til å bygge pilotfabrikken, Innovasjon Norge har støttet selve byggingen med 4,6 millioner kroner, mens to forskningsprogram, som også dreier seg om drift av piloten, får til sammen 13 millioner kroner.

En doktorgradsavhandling er også relatert til forskningen ved anodefabrikken. 

Teknologihjerter

Hydros teknologidirektør mener at regjeringens satsing på BIA (Brukerstyrt innovasjonsarena) ved å forslå solide økninger for neste år, er et virkemiddel som treffer midt i teknologihjerter.

– Det er slike virkemidler som treffer midt i blinken. Vi er godt fornøyd med Innovasjon Norge, ENOVA og Norges Forskningsråd. Etter finanskrisen i 2008, er det gjort riktige grep for å få fram teknologi og pilotanlegg, sier Vatne.

Les også:

Slik redder Kinas massive utbygging norske smelteverk

Yara utvider for 2,2 milliarder i Porsgrunn  

Slik kuttet Elkem utslipp tilsvarende 150.000 dieselbiler på rekordtid