PROSESSFORBEDRINGER STØTTET AV FORSKNINGSRÅDET Aasgeir Valderhaug Elkem AS, Technology Forskningsrådets næringslivsdag i Agder 24.05.2017
Prosessforbedringer støttet av Forskningsrådet - Innhold Innledning til Elkems prosesser og hvordan vi jobber med prosessforbedringer Hvorfor søke Forskningsrådet om støtte til FoU prosjekter? Hvordan lykkes med å få i gang et prosjekt støttet av Forskningsrådet? Oppsummering. Eksempel på et nytt EnergiX prosjekt i Elkem. 2
Prosessforbedringer støttet av Forskningsrådet - Innhold Innledning til Elkems prosesser og hvordan vi jobber med prosessforbedringer Hvorfor søke Forskningsrådet om støtte til FoU prosjekter? Hvordan lykkes med å få i gang et prosjekt støttet av Forskningsrådet? Oppsummering. Eksempel på et nytt EnergiX prosjekt i Elkem. 3
Smelteverk for produksjon av silisium De viktigste hovedprosessene for silisiumproduksjon er: 1. Systemer for lagring, blanding og tilførsel av råmaterialer. 2. Smelteovnen (opp til 45 MW) hvor silisium blir produsert ved reduksjon av kvarts (temperatur > 2000C). 3. Tapping av silisium (>30.000 tonn/år for større ovner) 4. Raffinering av silisium i øse. 5. Utstøping og størkning av silisium. 6. Knusing, sikting og pakking av ferdig produkt. Viktige hjelpeprosesser: 1. Elektrodeprosessen. 2. Avgassystemet med filter for microsilica. 3. Microsilica prosessering og pakking. 4. Energigjenvinning systemer. 4
Og slik ser det ut på Elkems smelteverk på Island 5 Drawings: Thorsteinn Hannesson, Elkem Iceland
Kort introduksjon til silisiumprosessen SILISIUMOVNEN Produksjon av silisium skjer i trefase elektriske lysbueovner ved karbotermisk reduksjon av kvarts. - Overordnet reaksjon: SiO 2 + 2C = Si + 2CO Råmaterialer: - SiO 2 tilføres som kvarts. - Karbon tilføres som en blanding av kull, koks, trekull og treflis. De silisiumproduserende kjemiske reaksjonene skjer ved temperaturer over 1811 C. Temperaturen rundt elektrodespissen er over 2000 C. Den elektriske energien som forbrukes av reaksjonene tilføres gjennom karbonelektroder. - Effekten er opp til 45 MW, med elektrodestrømmer opp til 100000 A Det produserte silisiumet tappes kontinuerlig i øser, raffineres og støpes så ut i støpejernskokiller. - En ovn kan produsere opp til 90 tonn silisium/dag. 6 Drawings: Thorsteinn Hannesson, Elkem Iceland
Høye prosesstemperaturer, store mengder energi og store materialstrømmer! - Store potensialer for å redusere materialtap og drive mer energieffektiv! Svært kraftkrevende prosess: - Rundt 11-12000 kwh/tonn tappet silisium, avhengig av ovnens silisiumutbytte. - Mye energi i avgassen fra smelteovnen, som regel mer energi i gassen enn elektrisk input til ovnen. CO 2 utslipp er uunngåelige som følge av karbotermisk reduksjon av kvarts (SiO 2 ) til silisium. - Spesifikt utslipp 4-5 kg CO 2 /kg tappet silisium. - Redusere utslipp av fossilt CO2 ved bruk av biokarbon. - Fokusere på å redusere spesifikt utslipp Store materialtap fra råvare til ferdig produkt - Silisiumutbyttet på en silisiumovn 80-90%. - Tap under tapping og raffinering rundt 10%., og tap i knuseprosessen mer enn 10%. - Dette gir et totalt silisiumutbytte mindre enn 70%. 7 Drawings: Thorsteinn Hannesson, Elkem Iceland
Si 2020 - Elkems FoU program for en mer effektiv silisiumproduksjon Raw materials Charging system Electrode operation Furnace Charge surface Tapping process Off gas Combustion Refining process Microsilica formation Casting Microsilica production Product quality Si 2020 programmet fokuserer på langsiktig forbedring av Elkems produksjonsprosesser for silisium: : - Forbedret HMS - Stabil og forutsigbar drift ved maksimal total silisiumutbytte - Forbedret produktkvalitet - Økt energieffektivitet - Reduserte miljømessige utslipp. Fokus på utvalgte delprosesser i produksjonskjeden basert på deres mulige forbedringspotensialer. Prosjektene skal utvikle nye grunnleggende kunnskap om viktige prosessfenomener fra råvarer til ferdige produkter og bidra til implementering av ny teknologi på Elkem verk. Si 2020 programmet startet opp i 2012. - Før dette var det ingen prosjekter i Elkem Technology på dette. (Da jobbet alle med Elkem Solar.) - Etter 2013 har vi opparbeidet en stor portefølje av prosjekter med støtte fra Forskningsrådet. 8
Driftsforbedringer Prosjektkategori Anvendt forskning Fundamental forskning Si 2020 programmet består av FoU prosjekter som kjøres internt i Elkem og prosjekter med støtte fra Forskningsrådet (og EU) som delvis kjøres eksternt. Si 2020 NFR/EU prosjekter Retning Retning Si 2020 Elkem interne FoU prosjekter Resulter HMS forbedringsprosjekter Resulter Forbedringsprosjekter på smelteverkene Short (<2 år) Medium (2-4 år) Long (5-10 år) Tidshorisont 9
Elkems prosjekter støttet av Forskningsrådet IPN (INNOVASJONSPROSJEKTER) Industripartnere: - Elkem som regel eneste industripartner, men noen prosjekter sammen med andre industribedrifter. Forskningspartnere: - Universiteter: NTNU, UIA - Forskningsinstitutter: Sintef, Teknova, PFT, IFE Totalt prosjektbudsjett: - 10-25 MNOK, hvor 35-50% støttes fra Forskningsrådet Prosjektlengde: - Typisk 3-4 år Programmer i Forskningsrådet: - EnergiX, BIA, GassMaks KPN (KOMPETANSEPROSJEKTER) Prosjektleder er et forskningsinstitutt - Sintef, Teknova Elkem deltar i et konsortium av industribedrifter - Eyde klyngen, FFF, prosjektspesifikke Totalt prosjektbudsjett: - 20-30 MNOK, hvor 80% støttes fra Forskningsrådet Prosjektlengde: - Typisk 5 år Programmer i Forskningsrådet: - EnergiX, BIA 10
Modell for Elkems innovasjonsprosjekter Prosjektledelse: Prosjektet ledes av en styringskomite, ledet av Elkem, og hvor alle partnerne er representert. Beslutter prosjektets prioriteringer og handlingsplaner Organisering: Prosjektet deles inn i ulike arbeidspakker som de ulike prosjektpartnerne leder. Arbeidsform: Prosjektet gjennomføres med fokus på samarbeid på tvers og aktiv deltagelse i hverandres arbeidspakker. Regelmessige prosjektmøter. 11
Inndeling av prosjektene i delprosjekter (arbeidspakker) «Driftsnær» forskning ledes og gjennomføres av Elkem Forskning innenfor spesialområder ledes og utføres av forskningsinstitutter. Grunnleggende forskning kan legges inn som PhD studium og ledes av et universitet. «Implementering av forskningsresultatene» ledes av Elkem. 12
Eksempel på organisering av et innovasjonsprosjekt: - Work packages in the High-Temp Quartz Project (BIA) WP 1: Describe and quantify fundamental quartz properties. (NTNU: PhD + MSc) Developing a Model HTQ WP 2: Establish relations between high-temperature quartz properties and the quartz performance in FeSi/Si furnaces. (SINTEF) WP 3: Develop new tools for exploration of quartz sources. (ELKEM) WP 4: Verify quartz "furnacability tests" and develop methods for adapting operational parameters with respect to high-temperature quartz properties. (ELKEM) 13
Prosessforbedringer støttet av Forskningsrådet - Innhold Innledning til Elkems prosesser og hvordan vi jobber med prosessforbedringer Hvorfor søke Forskningsrådet om støtte til FoU prosjekter? Hvordan lykkes med å få i gang et prosjekt støttet av Forskningsrådet? Oppsummering. Eksempel på et nytt EnergiX prosjekt i Elkem. 14
Elkem har valgt å benytte muligheter for ekstern finansiering fra Forskningsrådet (og EU) i Si 2020 programmet Hvorfor? Gir en betydelig økning i FoU-budsjettet på prioriterte områder for Elkem. Gir Elkem tilgang til høyt-kompetente forskere ved universiteter, forskningsinstitutter og leverandører. Gir muligheter til en mer vitenskapelig / grunnleggende tilnærming i å "løse" den aktuelle problemstillingen. Hvordan? Direkte prosjekter med Elkem som prosjekteier. Støtten fra RCN er 35-50% av budsjettet, og andre prosjekter i Si 2020 og prosjekter som brukes som in-kind i finansieringen. Delta i kompetanseprosjekter (i et konsortium). Støtte fra RCN er 80% av budsjettet Resultater Prosjektresultater med stor verdi for Elkem, så som simuleringsmodeller, laboratorietesting av nye prosesser og nye termodynamiske / kinetiske data. Utdannelse av doktorgradskandidater som blir eksperter på prioriterte områder for Elkem. Etablere faglige nettverk innenfor nye områder. 15
Prosessforbedringer støttet av Forskningsrådet - Innhold Innledning til Elkems prosesser og hvordan vi jobber med prosessforbedringer Hvorfor søke Forskningsrådet om støtte til FoU prosjekter? Hvordan lykkes med å få i gang et prosjekt støttet av Forskningsrådet? Oppsummering. Eksempel på et nytt EnergiX prosjekt i Elkem. 16
Hvordan lykkes i å etablere et prosjekt med støtte fra Forskningsrådet? Ta utgangspunkt i en «riktig» problemstilling Etabler et godt prosjektkonsortium Skriv en god søknad 17
Hvordan velge en riktig problemstilling? Ta utgangspunkt i en langsiktig utfordring for bedriften som dere i dag ikke vet hvordan dere skal løse. Problemstillingen skal være minst like relevant om fem år. Løsningen av problemet skal ha stor økonomisk verdi for bedriften. Innovasjonsprosjekter er forskning og utvikling. Løsningen skal komme som resultat av forskning som gir ny kunnskap og ny teknologi som så kan anvendes. Gå dypere inn i problemstillingen. Hvilke hindringer står i veien for å løse problemet? Manglende prosesskunnskap, manglende målinger av prosessvariabler, nye prosesser? Kan dette løses ved anvendt forskning? Diskuter dette med mulige partnere i prosjektet. Prøve å sett opp et prosjekt som kan løse problemstillingen. Prosjektmålet blir da løsningen på problemet Sekundære prosjektmål blir løsningene på hindringene dere ser i dag. 18
Hvordan etablere et godt prosjektkonsortium? Bruk det faglige nettverket dere har. Bransjeforeninger Næringsklynger (Eyde, NODE) Kunder og leverandører Tidligere studiekamerater eller professorer. Hvem er gode innenfor de fagområdene dere skal jobbe med? De er mulige forskningspartnere. Tenk litt kreativt og bredt. Hvem andre kan ha interesse av å få løst en lignende problemstilling. De kan være mulige industripartnere i prosjektet. Spør andre (f.eks Elkem) hvordan de har gjort dette. Start i god tid! 19
Hvordan skrive en god søknad? (Mer fra Eline om dette etterpå.) Les utlysningsteksten fra Forskningsrådet godt og «svar på alle spørsmålene» i søknadsmalen. Send inn prosjektskisse. Ta kontakt med rådgiverne i Forskningsrådet. Vis at prosjektet deres: Har høy innovasjonsgrad: Er verdiskapende fornyelse/nyskaping Har potensiale for verdiskaping Kan realiseres. Har god prosjektfaglig kvalitet og at dere er et kvalifisert prosjektteam. Fokuser på å formidle idéen dere har. Hva er nytt? Hvorfor ønsker dere å gjøre dette? Hva skal dere gjøre i prosjektet? Hvordan skal dette bli «forretning»? La andre lese igjennom søknaden for å komme med tilbakemeldinger. 20
Prosessforbedringer støttet av Forskningsrådet - Innhold Innledning til Elkems prosesser og hvordan vi jobber med prosessforbedringer Hvorfor søke Forskningsrådet om støtte til FoU prosjekter? Hvordan lykkes med å få i gang et prosjekt støttet av Forskningsrådet? Oppsummering. Eksempel på et nytt EnergiX prosjekt i Elkem. 21
Oppsummering Sett i gang! Forskningsprosjektet vil få bedre resultater dersom det gjennomføres med støtte fra Forskningsrådet og dere (gratis) får benytte eksterne forskere. I tillegg blir prosjektene mer morsomme å jobbe i! 22
ADVANCED MATERIALS SHAPING THE FUTURE