Siden starten af halvfemserne har Danmark arbejdet målrettet på at erstatte kul i kraft-varme-produktionen med CO2-neutrale brændsler, bl.a. biomasse. Flemming J. Frandsen fra DTU Kemiteknik, der i januar forsvarede sin doktorafhandling, "Ash Formation, Deposition and Corrosion When Utilizing Straw for Heat and Power Production", har fra starten deltaget i det forskningsmæssige udviklingsarbejde om fyring med halm.
Han var med, da man lavede de første forsøg med afbrænding af halm på de store kraft-varme-værker, og han er stadig den dag i dag dybt engageret i arbejdet med at få den danske energiforsyning drejet over mod en større og større andel af biomassefyring:
”Der er to sider af det. I gamle dage gjorde man jo det, at man brændte halmen af på marken, når man havde høstet. Ved at brænde halmen under kontrollerede betingelser i store kedler kan vi slippe af med overskuddet og nyttiggøre energien i halm. Jeg tror ikke, at man kommer i en situation, hvor man slipper kullet fuldstændig, men vi vil kunne erstatte en større og større del med biomasse,” siger Flemming Frandsen.
De kulfyrede kraftvarmeværker udleder store mængder CO2. Flemming Frandsen fra DTU Kemiteknik har gennem 15 år forsket i hvordan man kan erstatte noget af kullet og i stedet fyre med CO2-neutral biomasse som for eksempel halm.
Foto: Thorkild Amdi Christensen
Drilske gode idéer
Som man kan ane i titlen på Flemming J. Frandsens doktorafhandling, så er det ikke bare ligetil at erstatte kullet med halm. Cirka 15 år efter man gik i gang med omstillingen, er der stadig en del udfordringer. De fleste af dem stammer fra halmen, som indeholder en række stoffer, der kan gøre stor skade på kraftværkskedlerne.
”Der frigives kalium og klor, når du brænder halm. De har en tendens til at gå sammen og danne kaliumklorid, og det ubehagelige ved kaliumklorid er, at hvis du først får det afsat på et rør, så har du en meget tæt kontakt mellem kaliumklorid og røroverfladen, og så går en nedbrydende proces i gang. Der kan komme så massivt et korrosivt angreb, at du er nødt til at udskifte hedefladerne,” forklarer Flemming J. Frandsen.
En af metoderne til at undgå korrosion er at bruge forskellige tilsætningsstoffer, der kan binde eksempelvis kalium fra halmen, så kaliumklorid ikke sætter sig på hedefladerne og angriber dem. Der er forskellige muligheder her, men Flemming Frandsens forskning har bla. vist, at man kan opnå meget store fordele ved at bruge for eksempel kulaske som tilsætning. Den samme effekt opnås ved at fyre kul og halm samtidig i de såkaldte suspensionsfyrede kedler. Kulaske indeholder nemlig nogle grundstoffer, som kan binde de skadelige stoffer fra halmen.
”Hvis det nu er en kedel, hvor du fyrer kul samtidig, så reagerer kalium med kulasken, der indeholder aluminium og silicium, og så får du frigivet kloren som hydrogenklorid, altså saltsyre på gasform, og den er sådan set harmløs for anlægget,” siger Flemming J. Frandsen.
Så problemet med frigivelsen af skadelige stoffer fra halmen kan løses ved at brænde halm sammen med kul. I dag er man nået dertil, hvor det er muligt at fyre med op til 20 % halm, vel at mærke uden at det ødelægger anlæggene. Men det løser jo kun delvist problemet med at nedbringe kulforbruget, så hvis man kunne øge andelen af biomasse, ville man opnå en langt større effekt på CO2-udledningen. Et helt centralt spørgsmål er, om det er muligt?
Super. Men lader det sig gøre?
Flemming J. Frandsen ser store muligheder i at fyre med forskellige former for biomasse i de samme anlæg. Træ, for eksempel, frigiver ikke nær så mange harmfulde stoffer som halm, og ved at spæde halmen op med eksempelvis 50 % træ kan man ved hjælp af fortynding undgå korrosion i kedlerne. Tilsætter man så samtidig et additiv som kulaske fra en kulfyret kedel, så kan man begynde at nærme sig en biomassefyring tættere på de 100 %.
”Hvis man alligevel har to kedler placeret tæt ved hinanden, så er det nærliggende at bruge noget aske fra et kulfyret anlæg i den biomassefyrede kedel for at binde de skadelige stoffer fra halmen,” siger Flemming J. Frandsen, men understreger, at der stadig er et stykke vej op mod de forjættede 100 %. Optimismen i den midlertidige opgørelse over de danske erfaringer, som doktorafhandlingen udgør, er dog ikke til at tage fejl af:
”Hvis du ser på det med lidt nøgterne øjne udefra, så har halm en ret aggressiv kemisk sammensætning. Der er ganske meget kalium og klor i halm, men vi har sammen med værkerne demonstreret, at det er muligt at komme uden om den problemstilling; at det kan lade sig gøre at bruge blandt andet halm som brændsel i de store kraft-varme-værker, og det, vi går imod nu, er at komme tæt på de 100 % biomassefyring,” siger Flemming J. Frandsen.
Hvid bog. Sort røg
Hans håb er derfor, at hans doktorafhandling kan fungere som en art hvidbog over den forskning, der indtil nu er bedrevet på området, så det bliver lettere at arbejde videre fra et fælles udgangspunkt. I modsætning til så mange andre områder er det nemlig ikke en mulighed bare at se på, hvordan man har gjort i andre dele af verden. De er simpelthen ikke så langt fremme, som vi er i Danmark.
”Den udstrækning, vi har fået det til at virke i her i Danmark, er rimelig unik. Vi har hele tiden haft et meget tæt symbiotisk forhold med kraftværkerne, og det betyder, at vi har været førende udi forskning på dette område. Og netop fordi vi er så langt fremme, som vi er, er der stor bevågenhed fra udlandet. Så på sigt kan jeg sagtens se, at der ville være et stort eksportpotentiale her,” slutter Flemming J. Frandsen.
- Tore Vind Jensen
Du kan se Flemming Frandsens præsentation ved doktorforsvaret her: