Kísiliðnaðurinn

Það hefur ekki farið fram hjá neinum, að framleiðendur kísilafurða hafa fengið augastað á Íslandi.  Það er engum vafa undirorpið, að meginástæða þess er raforkan á Íslandi, en markaðsaðgengi að Kína og ESB er einnig afar hjálplegt.  Þessi áhugi kísilframleiðenda á Íslendi er afar ánægjulegur, en örlítið hefur skort á upplýsta umræðu um þessa starfsemi og jafnvel örlað á því, að álverin í landinu þyki eftirbátar kísilvera, hvað umhverfismál varðar.  Álverin þurfa þó ekki að bera kvíðboga fyrir þessum samanburði, eins og hér verður lítillega gerð grein fyrir.

 Þorsteinn Ásgrímsson, blaðamaður, gerði því skóna í umfjöllun sinni í Morgunblaðinu 27. júní 2014, að álverin væru eftirbátar kísilmálmveranna, og Ólafur Teitur Guðnason hrakti það að sínu leyti í grein í Morgunblaðinu 24. júlí 2014. Við þennan samanburð ber þó að hafa í huga, að ferlar álvinnslu og kísilmálmvinnslu eru gjörólíkir og eiginleikar efnanna, sem í hlut eiga, eru líka ólíkir. 

Sannleikurinn er sá, að kísilmálmvinnslan er í meiri mæli í þróun en álvinnslan.  Sú síðar nefnda fylgir í grundvallaratriðum Hall-Herault-ferlinu frá 1886, þó að framleiðni og gæði séu í stöðugri framför.  Framleiðsluferli kísilmálms er yngra, það er flókið og beztun ferlisins er vandasöm.  Úr kísilmálminum er m.a. unninn sólarkísill, sem er mjög hreint efni og notað í sólarsellur.  Silicor Materials, sem ætlar að framleiða sólarkísil á Grundartanga, mun hafa þróað nýja aðferð við vinnsluna, sem virðist mannaflafrekt, því að samkvæmt upplýsingum fyrirtækisins verða 400 manns starfandi við að framleiða 19 kt/a.  Ef þetta er rétt, verður framleiðni vinnuafls við sólarkísilinn aðeins um 10 % af framleiðni álversins í Straumsvík. 

Í Noregi er framleitt tiltölulega mikið af kísilmálmi, og þeir hafa verið leiðandi í þróun framleiðsluferlisins.  Við tækniháskólann í Þrándheimi, NTNU, eru stundaðar rannsóknir á framleiðsluferlinu með hámörkun framleiðni og lágmörkun mengunar í huga.

Ástæðan fyrir vali framleiðenda á Noregi er sú sama og fyrir valinu á Íslandi nú.  Ferlið er orkukræft, 11-13 MWh/t, sem er svipað og fer til rafgreiningar súráls til að mynda ál, en það er í flestum tilvikum 12-14 MWh/t Al.  Kísilmálmur er framleiddur í ljósbogaofnum, og framleiðnin er háð hitastiginu í ofninum, sem er yfirleitt um 2000°C, sem er tvöfalt hærra en í rafgreiningarkerum álvera.  Ljósbogaofn og rafgreiningarker eru í eðli sínu gjörólík framleiðslutæki. 

Í ljósbogaofni verða mikil straumhögg, því að straumurinn frá kolaforskautinu til kolabakskautsins sveiflast á milli núll og skammhlaupsstraums, en í rafgreiningarkerum er straumurinn jafn.  Þetta sveiflukennda álag kísilmálmvera útheimtir dýran og viðamikinn álagsjöfnunarbúnað ásamt hreinsibúnað eða síur fyrir yfirsveiflur (harmonics), ef vel á að vera.  Að öðrum kosti munu þau menga hið litla (og sæta) raforkukerfi Íslands, sem þá hefur í för með sér aukin töp stofnkerfisins og allra notenda og jafnvel truflanir og tjón á búnaði.  

Til álveranna eru gerðar strangar kröfur til mengunarvarna rafkerfisins og verður að gera sömu kröfur til kísilmálmveranna um svo kallaðan bjögunarstuðul.  Á svæðum, þar sem rafkerfið er veikt, eins og t.d. á Norð-Austurlandi, er hér um að ræða rafmagnsverkfræðilega heillandi viðfangsefni.  Verður að vona, að iðnaðarráðherra gefi þessu gaum og veiti engan afslátt á kröfum um mengunarvarnir, hvorki á rafkerfinu né láði, legi og lofti, þó að hún hafi veitt tímabundnar undanþágur frá opinberum gjöldum til að laða hingað að fjárfesta.  Það er í sjálfu sér réttlætanlegt til að fiska þessar fjárfestingar, ef tæknihlið þessara vera verður í lagi.  Meðal annarra orða; hefur eitthvað frétzt af umhverfismati kísilmálmveranna og sólarkísilversins ?  Einhvers staðar heyrðist því fleygt, að þessi ver þyrftu ekki að fara í umhverfismat, en það er mikill misskilningur.  Það verður að kemba öllum með einum kambi í þessum efnum. 

Efnahvörfin við kísilmálmvinnsluna eru fjölmörg, en meginefnahvarfið er eftirfarandi:

• SiO2(s,l) + 2C(s) = Si(l) + 2CO(g)

Þar sem koleinildi (CO) er óstöðug lofttegund, verður hér gert ráð fyrir, að allt koleinildi í formúlunni að ofan hvarfist í koltvíildi, CO2.  Kolefnið í ferlinu kemur frá forskauti ljósbogaofnsins, en eðlilega mæðir mjög mikið á því í 2000°C hita og í straumrás, sem ýmist er rofin eða skammhleypt.  Fyrir hvert tonn af kvarts sandi, sem mokað er í ofninn, þarf 0,4 t af kolum, koksi og biki.  Til samanburðar þarf "aðeins" netto 0,2 t af kolefni fyrir hvert tonn af súráli, sem matað er í rafgreiningarker álvera. 

Það eru nokkur önnur efnaferli í gangi í ljósbogaofninum, háð hitastigi, svo að losun koltvíildis út í andrúmsloftið er í raun meiri en ofangreind formúla gefur til kynna. Niðurstaðan er sú, að framleiðsluferli kísilmálms er mjög losandi á gróðurhúsalofttegundir.  Það myndast samkvæmt aðalformúlunni 3,0 t af koltvíildi fyrir hvert framleitt tonn af kísilmálmi, en er í raun allt að 80 % meira.  Samanburðartala fyrir álver með góð, tæknileg tök á rekstrinum, eins og tíðkast á Íslandi, er 1,6 t CO2/t Al.  Eftir stendur samt sem áður, að kísilmálmurinn og álið eru umhverfisvæn efni, sem draga úr losun gróðurhúsalofttegunda á endingartíma sínum.  Ástæðan í tilviki kísilsins er sú, að kísilmálmur er hráefni fyrir framleiðslu á sólarkísli, sem notaður er í sólarrafala, sem breyta sólargeislum í rafstraum, og fer notkun þeirra og nýtni mjög vaxandi, t.d. í Bæjaralandi og í Baden-Würtenberg.  Silicor á Grundartanga á að framleiða 19 kt/a af sólarkísli og losa við það aðeins 1 kt/a af CO2 eða 0,05 t CO2/t Si.  Framleiðsluferli sólarkísils virðist lítt mengandi, en gríðarlega orkukræft eða 32 MWh/t Si.

Í tilviki álsins er ástæða umhverfisvænleikans lágur eðlisþungi málmsins og mikill styrkur álmelma, svo að hvert kg áls getur leyst 2 kg stáls af hólmi í fartækjum og þar með sparað eldsneyti.

Þessum samanburði á mengun ál- og kísilvera á formi gróðurhúsalofttegundarinnar koltvíildis, CO2, má halda áfram og athuga, hver hún er á orkueiningu í hvoru tilviki.  Þá kemur í ljós, að við álvinnslu myndast 0,12 t CO2 / MWh, og við kísilmálmvinnsluna myndast 0,38 t CO2 / MWh.  Það er þreföld myndun gróðurhúsalofttegunda á hverja orkueiningu við framleiðslu kísilmálms á við myndun þeirra við álvinnsluna.  Talsmenn þessara greina ættu ekki að metast á um mengun iðnaðarins.  Báðum verður að treysta til að nota beztu tækni til að lágmarka hana.    

Þess ber að geta hér, að upplýsingar um væntanlega 3 framleiðendur kísilmálms á Íslandi benda til mismunandi framleiðsluferla, sem kemur heim og saman við það, sem skrifað er hér að ofan um, að framleiðsluferlið sé enn í mótun.  Þetta kemur fram í eftirfarandi samanburði:

• United Silicon:100 kt/a af Si, 3,6 t CO2/t Si, 15,5 kg SO2/t Si, 160 MW toppur, 1200 GWh/a
• Thorsil: 110 kt/a af Si, 4,5 t CO2/t Si, 17,7 kg SO2/t Si, 174 MW, (nýtingartími topps = 7586 klst/a), 1320 GWh/a
• PCC: 66 kt/a af Si, 5,5 t CO2/t Si, 12,6 kg SO2/t Si, 104 MW, (nýtingartími topps = 7615 klst/a), 792 GWh/a

Af sólarkísli ætlar Silicor aðeins að framleiða 19 kt/a, en þarf til þess 85 MW eða á að gizka 600 GWh/a. 

Þetta yfirlit sýnir, að framleiðsluferli kísilmálmveranna eru talsvert mikið meira mengandi en framleiðsluferli álveranna, þegar litið er til gróðurhúsalofttegunda.   Yfirvöld hérlendis verða að krefjast BAT, beztu fáanlegu framleiðslutækni, af þeim öllum.  Þá er ljóst, að sé allt með felldu í orkusamningunum, þá verða kísilmálmverksmiðjurnar að greiða hærra einingarverð fyrir orkuna, af því að þær nýta uppsett afl í virkjunum ver en álverin og hagvæmni stærðarinnar verður ekki við komið í sama mæli og í virkjunum fyrir álverin.  Síðan eru alls konar annars konar þættir, t.d. tenging við vísitölur, lágmarkskaup, skipting forgangsorku og afgangsorku, aflstuðull og bjögunarstuðull, sem ætti að gefa upp, þó að verðformúlu orkunnar verði haldið leyndri.   

Spurning er, hvort kísilverin verði að kaupa sér koltvíildiskvóta, en ekkert hefur heyrzt um það.  Núverandi verð á honum er um 5 EUR/t CO2.  Það yrði tilfinnanlegur kostnaðarauki fyrir þessi nýju ver. 

Það hefur heldur ekkert verið gefið upp um raforkuverð til kísilveranna, ekki einu sinni, hvort það er tengt við afurðaverðið eða ekki.  Það er jafnvel sveipað þoku á hvaða stigi orkusamningar eru.  Almenningi er þó kunnugt um í grundvallaratriðum, hvernig þeim málum er háttað hjá álverunum,þó að ekki hafi verið upplýst um sjálft einingarverðið.  Það eru orkuseljendurnir, sem vilja viðhalda þessum leyndarhjúpi. 

Það er ljóst, að kostnaður orkuframleiðandans á hverja MWh (megawattstund) til kísilmálmvers er hærri en til álvers vegna sveiflukennds álags hins fyrrnefnda, en tiltölulega jafns álags hins síðar nefnda.  Jafnframt eru kaupin meiri hjá álverunum, svo að hagkvæmni stærðarinnar er meira ríkjandi í viðskiptunum við þau.  Það verður líka að krefjast þess, að krafan um aflstuðul sé ekki lægri en 0,98 og að svokallaður bjögunarstuðull, sem er mælikvarði á mengun raforkukerfisins, verði undir 1,5 % af málspennu á inntaki kísilveranna.  Kísilverin munu eiga fullt í fangi með að uppfylla þetta vegna framleiðslutækja sinna, ljósbogaofnanna, sem eru erfitt (sveiflukennt) álag á lítið og veikt raforkukerfi. 

Norðmenn eru ekki lengur samkeppnihæfir á sviði raforkuviðskipta við orkukræfan iðnað.  Það eru Íslendingar hins vegar, ef rétt er á haldið.  Þetta er meginástæða þess, að flóðbylgja kísilmálmvera skellur nú á Íslandi.  Evrópu skortir efnið, og það er ánægjulegt, að þessi iðnaður skuli þá hafa leitað til Íslands í stað Noregs, og það ber að taka vinsamlega við honum.  Á móti verður að gera þá kröfu, að verkfræðilega verði staðið að framkvæmdum og rekstri, eins og bezt verður á kosið.  Fúsk og handabakavinnubrögð skipulagningar, uppdrátta, framkvæmda og rekstrar, munu koma harðast niður á eigendunum, þegar fram í sækir, svo að gæði ber að hafa í fyrirrúmi á öllum sviðum frá upphafi.  Það ber að vanda, sem vel og lengi á að standa.

  

 

  

 

 

 

 

      

  

 

 

Athugasemdir

[Ágúst H Bjarnason, 31.7.2014 kl. 08:43]

Sæll Bjarni og þakka þér fyrir mjög fróðlega grein.  Ég vona að sem flestir sem koma að þessum málum lesi hana.

Þegar ég las um truflanir sem ljósbogaofninn getur valdið rifjaðist upp ofninn fyrir brotajárn sem starfræktur var um tíma í Hafnarfirði skammt frá álverinu. Truflanir frá þeim ofni voru verulegar og man ég eftir hvernig ljósin heima í Garðabænum flöktu. Þetta virtust vera álagssveiflur frekar en bjögun, nema hvort tveggja hafi verið.  Ég gæti trúað að þar hafi ekki verið neinar yfirsveiflusíur og ekki heldur álagsjöfnunarbúnaður.

 Þetta er atriði sem þarf að taka alvarlega strax því svona búnaður til að koma í veg fyrir truflanir er dýr og verður að gera ráð fyrir honum strax. Það getur nefnilega reynst erfitt að gera kröfur um hann síðar.

Enn og aftur, takk fyrir fróðleikinn Bjarni.

[Aztec, 31.7.2014 kl. 10:21]

Er ekki líka munur á aðgengi hráefnis? Bauxit fyrir álvinnslu er unnið úr jörðu og flutt hingað sjóleiðina, en er nóg til af hráefni í kísilvinnsluna hér á landi?

- Pétur D.

[Bjarni Jónsson, 31.7.2014 kl. 19:01]

Sæll, Ágúst;

Ég man líka ljóslega eftir því, hvernig ljósin blikkuðu hjá mér í Garðabænum á morgnana, þegar ég var að elda mér hafragraut.  Þú átt kollgátuna, sökudólgurinn í það skiptið var ljósbogaofn, sem úthýst hafði verið frá Svíþjóð vegna óleyfilegra truflana inn á netið.  Skammhlaupið í ljósboganum veldur gríðarlegri straumtöku og þar með spennufalli.  Ljósbogi er í eðli sínu ólínulegt álag, og þess vegna myndast yfirsveiflur (harmonics).  Tengistaður ofnsins var veikur, þ.e. með lágt skammhlaupsafl, svo að truflanirnar urðu langt yfir mörkum, enda var enginn síubúnaður eða jöfnunarbúnaður á staðnum.

[Bjarni Jónsson, 31.7.2014 kl. 21:19]

Sæll, Pétur;

Báxít finnst víða í hitabeltinu og rétt utan við það í jarðskorpunni við yfirborðið, og er því mokað upp og oft flutt á feiknar færiböndum að súrálsverksmiðjum.  Súrálið er flutt til álveranna á Íslandi í stórum skipsförmum, oftast 20-40 kt í einu.  Úr 4,0 t af báxíti fást 2,0 t af súráli, og við rafgreiningu súráls fæst 1,0 t af áli.  Ætlunin mun vera að flytja inn kvarts-sand og vinna úr honum kísilmálm í þremur verksmiðjum, sem taldar eru upp hér að ofan.  Úr honum er ýmislegt unnið, t.d. sólarkísill í sólarrafala.  Það er tiltölulega auðvelt aðgengi að kvarts-sandi og sennilega styttri siglingaleiðir til Íslands með hann en með súrálið.