Fossilfri stålproduktion - storskalig lagring av vätgas i bergrum

”Bergmassan har i sig en inbyggd osäkerhet. Det kommer alltid att finnas variationer och varierande förhållanden. Vi måste se till att sannolikheten för brott i konstruktionen är mycket låg, att lagringen är tillräckligt säker. När man pratar om vätgas tänker många på explosioner men det finns så mycket mer än så att beakta. HYBRIT kan förändra den berättelsen, uppfattningen som människor har. Med väte som en del av HYBRIT-tekniken blir det möjligt att leverera helt fossilfritt stål till marknaden och göra det hållbart. Potentialen är enorm!”

2016 startade SSAB, LKAB och Vattenfall med finansiering från Energimyndigheten projektet HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology) som syftar till att revolutionera stålindustrin. HYBRIT ersätter kokskolet, som traditionellt behövs för stålproduktion, med fossilfri el och väte. Resultatet? Världens första fossilfria ståltillverkningsteknik, med praktiskt taget noll koldioxidutsläpp. Forskare vid avdelningen för jord- och bergmekanik ingår i HYBRIT:s forskningsprogram RP1. Deras mål är att utveckla och förfina den storskaliga teknik som behövs för säker lagring av vätgas i bergrum.

Vilken roll spelar din forskning i detta?

”Jag skapar och utvecklar numeriska modeller och simuleringsverktyg för att testa tekniken och förhållandena på ett säkert och effektivt sätt. I första hand undersöker jag användbarheten av olika riskbaserade dimensioneringsverktyg för att ytterligare förbättra de befintliga metoder som finns för bedömning av lagrets säkerhet mot läckage. Det är många faktorer inblandade – till exempel är bergmassans kvalitet relaterad till den omgivande miljön, erosion, temperatur etc. Vätgas är också annorlunda och mer komplex än naturgas, som befintlig largringsteknik utvecklats för. Genom att använda numeriska simuleringar kan vi inkludera alla förhållanden för ett specifikt område 100 m under jord och modellera det precis som det faktiska förhållandet. Men till skillnad från en verklig pilotanläggning kan vi enkelt prova många olika parametrar samtidigt. Det är hållbart och tidseffektivt, och säkrare. Med tiden kommer bergmassan att röra sig och påverkas av vätgasens tryck. Genom att använda modeller kan vi även studera lagrets livslängd och se hur mycket det kommer att ha förändrats och brutits ner på 50 år. Hur mycket har bergmassan komprimerats? Med denna information kan vi se till att lagringen är byggd och hanterad på ett sätt som är säkert på längre sikt. Användningen av numeriska modeller och simulering kan ge oss data som annars inte skulle vara tillgängliga. Men naturligtvis är fältdata också viktigt för att säkerställa att vi har rätt innan vi implementerar den i full skala.”

Nästa steg är att skala upp processen. Ett antal pilotprojekt pågår för närvarande inom HYBRIT-projektet. Till exempel i Luleå pågår byggandet av en pilotanläggning för vätgaslagring. Davi ser fram emot detta.

”Vi vet att tekniken fungerar i en småskalig laboratoriemiljö, och nu måste vi få detta att fungera i storskalig stålproduktion. Med en större pilotanläggning kan mitt arbete verifieras och kalibreras från testprogrammet. Om detta fungerar bra kan en anläggning i ännu större skala byggas. Detta är en viktig del av den fortsatta utvecklingen och optimeringen av HYBRIT. Att hitta rätt tekniska, industriella och kommersiella lösningar tar tid. Det är många organisationer och personer inblandade i projektet, från både industri och akademi. Jag studerar bergmekaniken, andra är inriktade på vätgas och elektrolys eller gruvdriften etc. Sedan handlar det ju även om den praktiska introduktionen av tekniken i stor skala och den politik och relaterade lagar som behövs för att det ska kunna ske. Målet är att processen till fullskalig produktion av fossilfritt stål ska vara genomförd 2035.”

Avdelningen för jord- och bergmekanik har lång erfarenhet av tillämpad forskning relaterad till lagring av gas i bergrum. Forskningsprogrammet HYBRIT Research Program 1 (RP1) fokuserar på tillämpad forskning, laboratoriestudier och simuleringar, detaljerade studier och utveckling av viktiga komponenter för att göra hela processen från gruva till slutprodukt fossilfri. Davi, som ursprungligen kommer från Belo Horizonte, Brasilien, fick sin doktorandtjänst på KTH efter att ha avslutat sin masterexamen vid Missouri University of Science and Technology, USA. Han såg en intressant utmaning i att hitta sätt att lagra vätgas på ett hållbart sätt, både ekonomiskt och miljömässigt, och samtidigt uppfylla samhällets säkerhetskrav.

”Jag hittade doktorandtjänsten på KTH:s webbplats. Det som lockade mig var att det var tillämpad forskning, baserad i verkligheten och som leder direkt till verklig teknisk utveckling. En av kvaliteterna för säker funktion i lagret är de geologiska förhållandena. Bergmassan i Sverige är perfekt för denna teknik – den är hård och tål mycket tryck från gasen utan att gå sönder. Initialt är detta en lagringsteknik för gas till ståltillverkning, men i framtiden kan vätgas lagras på detta sätt för andra ändamål. När fler människor ser hur vätgas kan användas som ett hållbart alternativ till fossila bränslen så kommer säkert fler företagsmöjligheter att öppnas upp. HYBRIT-initiativet hjälper till att uppnå de globala klimatmålen i Parisavtalet och de nationella miljömålen i Sverige och Finland. Jag är väldigt glad att vara med och utveckla detta!”

Text: Josefin Backman

Det här är den åttonde artikeln i Skolan för arkitektur och samhällsbyggnad s artikelserie om utvalda forsknings-, utbildnings- eller samverkansinitiativ från respektive institutions verksamhet. Du hittar de tidigare artiklarna här:

1. KTH Arkitektur: Ljusdesignforskning introduceras i arkitektur

2. Byggvetenskap: Han planerar ny studenttävling om självförsörjning

3. Fastigheter och byggande: Nytt forum för diskussion och samarbete kring bostadsfrågan

4.  Filosofi och historia: En medierad planet: Makten över de globala hållbarhetsmålens miljödata

5. Hållbar utveckling, miljövetenskap och teknik (SEED): Samarbeten för att förstå och hantera vatten

6. Samhällsplanering och miljö: Vad får oss att ändra resebeteende, välja innovation och en hållbar framtid?

7. KTH Arkitektur: Omgestaltning i fokus för ett hållbart kulturarv