I Tyssedal finnes metallurgiens svar på Trolltunga. Tizir Titanium & Iron er Norges største fremspring for karbonfritt hydrogen som reduksjonsmiddel i malm. Planen er å fase ut kullet i Europas eneste smelteverk for titandioksid.
Tizir Titanium & Iron i Tyssedal vil legge om til hydrogenbasert teknologi i smelteverket. (Foto: Sigbjørn Fjellheim)
Den nesten liturgiske prosesskunnskap som tyssedølene har bygget opp siden aluminiumen forsvant, har lenge imponert i metallurgiske miljøer. Tizir Titanium & Iron produserer noe av markedets mest eksklusive råjern, og har lagt sin ilmenittforskning helt i verdenstoppen.
Så istedenfor å klatre opp til fjellhyllen Trolltunga på 1100 meters høyde kunne turistene like gjerne blitt igjen på kaia i Tyssedal, der nøyaktig like mange grader smelter kull og ilmenittmalm i en like spektakulær fremspringende industriprosess.
Tyssedalsprosessen er et kjemisk-metallurgisk begrep som skiller seg fra andre metallprosesser ved at den foregår i to trinn. Først trekkes oksygenet ut av malmen ved hjelp av kull i en unik forreduksjonsprosess i en rotasjonsovn.
Ulempen er at mens ilmenitten blir mer metallisert så forsvinner karbonet og oksygenet ut i det blå som CO₂.
Hydrogenbasert smelteverk
Tizirs plan er derfor å skifte ut det meste av kullet og koksen mot grønt hydrogen (H2) fra elektrolyse av vann. Da kuttes utslippene med 90 prosent, men det krever også at store deler av smelteverket og kaiområdet bygges om med ny produksjonslinje og hydrogenfabrikk.
– Vi forbereder oss på en helt ny hydrogenbasert smelteverksteknologi som aldri tidligere er gjort på ilmenitt, sier Stian Seim, avdelingsleder for forskning og utvikling.
I Tyssedalsprosessens andre trinn føres det metalliserte halvfabrikatet videre til smelting i en elektrisk lysbueovn. Det er derde metallurgiske «seremoniene» skjer.
Hvert år produserer Tizir 230000 tonn titanslagg med rutil,som er navnet på det ettertraktete mineralet med titandioksid (TiO2) oget par prosent jern.
– Det er titandioksidet som er poenget, det er den alle vil ha som hvitt pigment i alt fra tannkrem til maling, sier Stian Seim.
I tillegg raffinerer Tizir fram 110000 tonn med legeringer av høykvalitativt spesialråjern for spesialstøperier som lager titansterke spesialprodukter, for eksempel spesialnav til vindkraftverk. Ordet «spesial» brukes mye i Tyssedal.
Stian Seim er en av spesialistene med doktorgrad i metallurgi fra NTNU, men han er ikke alene. Blant smelteverkets 180 ansatte finnes i dag tre doktorgrader, 14 masterutdanninger, 12 bachelorer og 101 med fagbrev.
Det er også Tizirs langvarige satsing på elektrokjemisk spisskompetanse er nøkkelen til den hydrogenbaserte «Tyssedalsprosessen 2.0».
– Hvis det skal kunne skje, må det roterende forreduksjonsanlegget erstattes med en fluidisert prosess med hydrogen. Det har tidligere vært brukt på jernmalm, men aldri i ilmenitt, sier Stian Seim.
På laboratoriet arbeider også Stephen Lobo som har doktorert på reduksjon av ilmenitt, blant annet ved hjelp av hydrogen som reduksjonsmiddel.
Hydrogenets farge
Rent kjemisk spiller det mindre rolle hvilken «farge» hydrogenet har. «Blått H2» stammer fra reformering av naturgass, slipper ut CO₂ og er avhengig av karbonfangst og -lagring eller -bruk (CCS eller CCU) for å bli karbonfritt.
Tizir Titanium & Iron i Tyssedal, Hordaland. (Foto: Morten Valestrand).
Tizirs plan er å bruke grønt hydrogen fra et 50 MW elektrolyseanlegg som skal bygges på kaien mellom kraftstasjonen og smelteverket.
En samtalepartner er hydrogenutviklingsselskapet Greenstat som 2015 inngikk en intensjonsavtale med Sunnhordland Kraftlag om leveranser av 1,5 GWh fornybar kraft per dag ved fullskala hydrogenproduksjon på 30 tonn per dag.
Testet i Tyskland
I dag finnes det ikke store tekniske hinder i vegen for hydrogenrevolusjonen i Tyssedal, men ting tar allikevel tid. I 2016 resulterte et brudd på smelteovnens elektrode til en gassbrann som medførte ødeleggelser på kabler og annet brennbart.
Produksjonsstansen skrudde omstillingen noen hakk tilbake.
På den annen side har benkeskalatester på et uavhengig laboratorium i Tyskland nå gitt tommelen opp for at den nye Tyssedalsprosessen kan begynne oppskaleringen.
Kan doble på sikt
Ingen stiller heller lenger spørsmål ved omstillingens langsiktige økonomiske bærekraft, selv om de totale investeringene havner over 7 milliarder kroner inklusive enda en smelteovn.
– Overgangen til hydrogen vil på sikt senke driftskostnadene og øke produksjonskapasiteten. Analyser viser at vi nesten kan tredoble titanoksidproduksjonen til 655 000 tonn per år, sier Nils Johan Ystanes, kommunikasjonsansvarlig i Tizir.
Energieffektiv prosess
En annen driftsøkonomisk effekt når den roterende ovnen i forreduksjonen erstattes av en mykere fluidisert gassprosess, er at det gir en energieffektivisering som andre bare kan drømme om. For Tizir kan 40 prosent av energiforbruket forsvinne.
Med overgang til hydrogen kan Tizir produsere tilnærmet karbonfrie produkter. (Foto: Tizir)
En av de prosesstekniske «hemmelighetene» bak dette er at ilmenitt som er forredusert i en fluidisert prosess kan mates varmt over til smelteovnen, i stedet for kaldt som i dagens prosess. Da kan man spare inn mye på oppvarming. Allerede i første omstillingsfase (av fire) ligger potensialet på 22 GWh årlig redusering.
Karbonfrie produkter
Jokeren i ermet er globalt økende priser på utslippskvoter, som stadig fler markedsanalytikere mener kommer til slå beina under klimauvennlig industri.
I Tyssedal gir prat om fabrikknedleggelser også et eget deja vu, da man i 1983 satt med en aluminiumsfabrikk full av 50 år gammel teknikk. Den ble revet, og opp av asken steg Tizir.
– I dag er vi overbevist om at Tizirs spisskompetanse vil gi store markedsfordeler når vi får minimalt CO₂-avtrykk fra våre produkter, sier Nils Johan Ystanes.
Eramet kjøpte alt
De store trekkene i Tizirs hydrogenstrategi ble lagt av tidligere daglig leder Harald Grande, som mente at den nye strukturen i en overgangsperiode også må fungere parallelt med dagens kullbaserte anlegg. Selv om tidsplanen er blitt litt bevegelig så er retningen fremdeles den samme, påpeker Ystanes, ikke minst fordi eierkonsernet Eramet tydeligere enn noensinne står bak den teknologiske omstillingen.
Ifølge administrerende direktør Per Øyvind Sævartveit er medarbeidernes unike spesialkunnskap og selskapets kreative klimaplaner en hovedårsak til at Eramet overtok som heleier i 2018.
Malm fra Afrika
Ti år tidligere hadde fabrikken i Tyssedal nærmest hengt med på kjøpet av Tinfos mangansmelteverk i Kvinesdal, men i dag er titanmarkedet voksende og overtakelsen av Tizir «et riktig grep i rett tid», ifølge Eramets egen pressemelding.
Det er for øvrig den tidligere deleieren Mineral Deposits, nå også en del av Eramet, som har bidratt til den siste stavelsen i TiZir på grunn av sin utvinning av metallet zirkon. Det anlegget ligger i Senegal, der Tizir også produserer ilmenitt som fraktes direkte med båt til kaien i Tyssedal.
Norsk metallforskning
Samtidig er «titanspissen fra Tyssedal» en viktig del i et større norsk kollektiv av ferrolegeringsbedrifter som ved hjelp av gass vil kappe karbonet av jern, silisium og mangan. Sammen med Elkem, Eramet, Finnfjord og Wacker er TiZir med i SINTEF/NTNUs forskningsprosjekt KPN Redusert CO₂-utslipp i metallproduksjon.
Målet er 30 prosent lavere CO₂-utslipp i 2030 og null utslipp i 2050. Prosjektet finansieres av deltakerne og Forskningsrådet, og handler også om biogass, i tillegg til hydrogen.
Ulike metoder
Ifølge Norsk Industris Veikart for prosessindustrien vil Tizirs teknologi være «mulig å overføre til annen produksjon og andre bransjer», men det handler ikke om å lage blåkopier av Tyssedalsprosessen, påpeker Stian Seim.
– Prosessene for mangan, silisium og ferrosilisium har ikke egne enheter til forreduksjon. Der går malmen direkte inn i smelteovnen, sier Stian Seim.
– Når du kommer ned i detaljene, så krever hver enkelt prosess sin egen metode. Ilmenitt har helt egne regler.
Oppgradert ovn
Potensialet til kompetanseoverføring vokser imidlertid om man løfter blikket bort fra partiklene. For en tid siden ble smelteovnen oppgradert med støtte fra Enova til å møte hydrogenteknologien og moderne miljøkrav, erfaringer som også kan brukes av andre.
Tizir har utviklet en helt ny ovn med vannkjølt kobberhvelv og nytt styringssystem for økt varmebelastning, noe som gir 15 prosent mer smeltekapasitet enn tidligere.
Norsk Energi har blant annet bidratt med risikoanalyser og sikkerhetsrådgivning på spesialområdet smelteovnsgasser.
Regjeringens hydrogenstrategi
At ferrolegeringsindustrien nå står fremfor store ombygginger av produksjonsprosessene, øker også presset på virkemiddelapparatet, mener Nils Johan Ystanes. Industripolitikken må våge å støtte opp om store prosjekter med høyt verdiskapingspotensial.
I skrivende stund ferdigstiller regjeringen en ny nasjonal hydrogenstrategi som han håper skal få en tydelig realpolitisk tilnærming.
– Vi mangler konkrete tiltak for å fremme hydrogenets potensial i prosessindustrien, så det er veldig positivt at regjeringen nå vil vise hva som må til for at bedrifter så raskt som mulig kan konvertere til hydrogen, sier Nils Johan Ystanes.
Etter å ha lagt inn en kolossal diplomatisk innsats for å avverge tollkrise, mener regjeringen nå at EUs beslutning om beskyttelsestiltak ikke vil ramme norsk næringsliv så veldig hardt.
