Öka hållbarheten

Text av Tomas Liljenfors, vd Bryne

Öka hållbarheten

Öka hållbarheten i din hållbarhetsrapport med tre enkla tips!

Tips nummer ett – räkna med utbytesförlust

Hållbarhet är helt enkelt att något ska bestå över tid. För att något ska bestå över tid så innebär det att det ska vara ekonomiskt försvarbart. Hur kan det då vara ekonomiskt försvarbart att försämra det hållbara intrycket i en hållbarhetsrapport genom att räkna på ett sätt så att emissioner ökar?

Jag tror att det är många som biter sig i svansen här. Genom att räkna på ett sätt som ger lägre emissioner skapar man just nu en positiv bild. När man senare konstaterar att man inte kan räkna på detta sätt blir bilden i stället negativ. Problemet är att svenska företag idag ligger långt fram med miljötänk, men genom att blunda för det som går att göra bättre så kommer man framöver också gå miste om sitt försprång. Det är helt enkelt inte hållbart att rapportera på ett sätt som inte är korrekt. Jag inbillar mig att företag inte medvetet räknar fel, utan att felet orsakas av brist på kunskap i kombination med avsaknad av standarder som definierar hur man ska räkna. I föregående nummer pratade vi just om hållbarhetsrapportering och certifieringar och konstaterade att det finns metodiker för hur du ska rapportera men inte för hur du ska räkna. Eftersom jag inte har sett många hållbarhetsrapporter som räknar hållbart tänkte jag vädra tre tips som jag bedömer som framtidsfaktorer för svensk industri. De belyser tre problem som återvinning av aluminium har möjlighet att lösa. För att stärka svensk industri för framtiden börjar vi därför med ett ämne som vi berört ett flertal gånger tidigare men som inte konkretiserats till en användbar mall för att göra mer hållbara beräkningar vid hållbarhetsrapportering. Vi ska prata om metallutbyte vid omsmältning av metall.

Aluminiums produktcykel

Så gott som alla aluminiumprodukter börjar sin produktcykel med en eller flera smältoperationer. Varje gång aluminium hettas upp till en temperatur över smälttemperaturen så ombildas metalliskt aluminium till en smält metall. Metallbindningarna mellan de fast positionerade aluminiumatomerna, som normalt skapar de hållfasta egenskaperna som aluminium har, löses vid smälttemperaturen upp och aluminiumatomerna släpper sina fasta positioner och kan nu röra sig fritt. Aluminiumatomerna som har bildat föreningar med syre och bildar aluminiumoxid har under sitt tidigare liv skyddat det metalliska aluminiumet mot fortsatt oxidation. Ju varmare ytan på metallen är desto snabbare växer oxiden till. Produkter som under sin livstid utsätts för en korrosiv miljö får en tjockare oxid än en produkt som fortsatt är blankpolerad när den skrotas. Skrotat aluminium som har en stor yta, som till exempel tunnplåt eller sågspån, har mycket mer oxid per kilo än en tjockare produkt som till exempel ett motorblock eller balk.

Det metalliska aluminiumet smälter. Men aluminiumoxid smälter inte. I stället växer aluminiumoxiden till under omsmältningen och blir tjockare. Hur aluminiumskrotet värms upp, vilken typ av ugn som används, vilken temperatur ugnen har och hur den behandlas efter nedsmältning är alla processberoende och viktiga för hur stor andel oxid som bildas. Både skrotet och processen har en stor påverkan på hur mycket oxider som simmar runt i den smälta metallen. Vad som gör aluminiumoxid så intressant är att den är helt ointressant att ha i metallen ur en användaraspekt. Aluminiumoxid återvinns inte utan avlägsnas från metallen som slagg. Den aluminiumoxid som inte avlägsnas blir i stället en förorening som har mycket stor påverkan på processbarheten och den framtida produktens slutgiltiga egenskaper. Utbyte är helt enkelt skillnaden i vikt mellan den skrotråvara som smälts ned och den metall (utan slagg) som tas ut. Utöver aluminiumoxid finns det andra föroreningar som försvinner vid omsmältning som till exempel färg, oljerester, andra metallföroreningar, och vissa legeringsämnen. Många av dessa föroreningar brinner upp vid nedsmältning av metallen och genererar då värme och emissioner. En mycket stor del av denna värme följer med rökgaserna och kan inte tillgodotas i processen. Emissionerna från denna förbränning är oftast stora då den inte är optimal utan mycket sot och andra kolföreningar bildas. Dessa kan renas med modern ugns- och filterteknik men jämfört med ett kraftvärmeverk är effektiviteten dålig och kostnaderna höga. Det bästa är helt enkelt att ta bort så mycket som möjligt av föroreningarna innan omsmältning och skicka dessa brännbara material till en process där energin kan tillgodotas och emissioner minimeras. Ombildandet av oxider vid omsmältning skapar också energi men precis som vid förbränning av föroreningar så blir tillgodotagandet lågt. Det är dock viktigt att tänka på att energiförbrukningen minskar för dåliga smältprocesser då aluminium som oxiderar skapar stora mängder energi som höjer temperaturen i ugnen. Ur ett helhetsperspektiv är det en katastrof eftersom det ekonomiska värdet sjunker med utbyte. Ett lågt värde på energiförbrukning för en aluminiumsmältare innebär inte att de har en effektiv process utan kan lika gärna bero på att de har en dålig smältprocess med hög avbränna. Angivna energiförbrukningar är tämligen intetsägande om inte samtidigt ett utbyte anges.

Bild 2. När du räknar på en gaseldad ugn där stora mängder slagg bildas när den varma gaslågan bränner på aluminiumytan blir du varse om de stora förlusterna.

TABELL 1. Direkta koldioxidemissioner för vanliga bränslen per kWh. Emissionerna är utryckta i koldioxid-ekvivalenter vid förbränning där emissioner av andra växthusgaser (som metan och lustgas) också räknas in. (Källa: Naturvårdsverket)

TABELL 2. Växthusgasutsläppen räknas i form av gram koldioxidekvivalenter per kilowattimme (g CO2e/kWh). (Källa: Naturvårdsverket)

Koldioxidemissioner

Koldioxidemissioner vid smältning beror på vilket typ av bränsle som används och ugnens effektivitet. I tabell 1 finns koldioxidemissioner för vanliga bränslen per kWh. En elektricitetsdriven smältugn har en emission som beror på hur elektriciteten tillverkas. I den internationella klimatpanelens (IPCC) syntesrapport (AR5) finns en sammanställning av livscykelutsläpp för elproduktion från olika produktionsslag (se tabell 2). Beroende på vilka energikällor elproduktionen har i ett land så skiljer emissionerna våldsamt. Ett medel över de senaste 6 åren visar att Sverige har 22 gCO2e/kWh, vilket kan jämföras med Polen 867, Indien 620 (Källa https://app.electricitymaps.com/map).

Beräkna emissionerna

För att beräkna emissionerna för en smältprocess behöver man alltså veta hur mycket material man stoppar in i ugnen, hur mycket smält metall som kommer ut samt hur mycket energi och vilken energiform som ugnen använder. Tänk på att biobränslen aldrig kan ha emissionen noll. Oavsett bränsle så bildas emissioner vid förbränning. För kolbaserade bränslen som diesel, naturgas eller biogas skapar de CO2-emissioner både hantering och vid förbränning, medan elektrisk energi eller vätgas inte skapar CO2-emissioner vid smältprocessen utan CO2-emissioner bildas i stället när elen eller vätgasen bildas, varför dessa emissioner kallas indirekta emissioner. Fossila bränslen och biobränslen har därför både indirekta CO2-emissioner och CO2-emissioner från förbränningen. Givetvis ska summan av direkta och indirekta emissioner användas i energideklarationen vid smältning av aluminium. Vad som är viktigt att tänka på är att bränslen har samma emissioner oavsett vart de förbränns, men hanteringen skiljer sig åt. Till exempel är det energikrävande att komprimera gaser så till exempel LNG (flytande naturgas) har en stor indirekt emission. Däremot ger komprimerad propan (gasol) som används i en ugn i Kina samma emissioner som om gasen används i Sverige. El däremot har mycket mindre indirekta CO2-emissioner i Sverige än i Kina för att elektricitet i Sverige produceras till stor del med vatten-, kärn- och förnyelsebar kraft, medan det i Kina är främst fossila bränslen som står för elproduktionen. Kina hade 2021 ett utsläpp på 557 gCO2e/kWh (Källa: www.climate-transparency.org/).

Bild 3. Elsmältning är en konkurrensfördel för svenska gjuterier då den svenska el-mixen ger låga emissioner jämfört med andra delar av världen.

Ugn i kombination med råvara

Vad gör ett företag som smälter aluminium när deras beräkningar visar på hög bränsleförbrukning och stora emissioner? Typ av ugn i kombination med råvara är det viktigaste att ta hänsyn till och såklart vilken energi som används vid smältning. Generellt är det bäst att utnyttja en ugn så mycket som möjligt. Om ugnen går med en jämn belastning så att den inte behöver kylas av och värmas upp igen så sparas mycket bränsle. Om metallen ska förvaras i ugnen är det viktigt att isoleringen är god och förlusterna låga. Det är också viktigt att se över återvinningen där utsläpp av varma rökgaser ger upphov till onödiga förluster. Det absolut viktigast är att anpassa ugnen till råvaran. Generellt gäller att om man smälter fint skrot och spån så är gaseldade ugnar ett dåligt alternativ. För mindre smälterier är elugnar det givna valet. Det smälttekniskt bästa alternativet för finare råvaror, inklusive spån, är induktionsugnar. Det finns inte en ugn som passar alla råvaror så flera ugnsalternativ inom samma verksamhet är oftast det bästa.

Bild 4. Slagg (aluminiumoxid) bildas på ytan i kontakten mellan luft och aluminium. När aluminiumoxid bildas skapas mycket värme och temperaturen i slaggen är så hög som 1 400°C.

Bild 5. Spån från maskinbearbetning är en vanlig råvara vid återvinning av aluminium. Spån är ett så kallad pre-konsumentskrot, det vill säga det är fallande skrot från tillverkningsindustrin och skrotråvaran har aldrig varit en produkt på marknaden.

Exempel 1

I detta första exempel (se bild 5 och exempel 1 nedan) använder företaget sig av 10 ton pre-konsumentskrot som består av spån som har pressats samman till briketter. Spånpressningen gör att de skrymmande spånen kan transporteras billigare. Pressningen gör också att skärvätska från aluminiumspånen pressas bort så att briketterna innehåller mindre än 1 % skärvätska. Dessa briketter placeras i en gaseldad ugn där aluminiumet smälter vid en tillförd energimängd (biogas) motsvarande 7 MWh. Eftersom mängden kvarvarande smält aluminium efter avslagning är 6,5 ton blir utbytet 65 % och energimängden per ton 1,1 MWh. Biogas består av metan som vid förbränning bildar koldioxid. Enligt naturvårdsverket skapas 290-930 g CO2e per förbrukad kWh vilket ger en total emission CO2 på minst 23,5 ton CO2. Slaggen som bildas (3,5 ton) är aluminium som har oxiderat till aluminiumoxid. Denna process är exoterm så det skapas stora mängder energi när aluminium oxiderar (se bild 4). I nästa nummer kommer vi också räkna på den energiförlust som oxidationen vid återvinning orsakar. Eftersom biogas är ett bränsle så är CO2-emissionerna ungefär de samma oavsett om smältugnen är placerad i Indien, Polen eller Sverige.

EXEMPEL 1

Smältning av pressade aluminiumspån i biogasdriven ugn

Material in: 10 ton

Smält metall ut: 6,5 ton

Mängd använd energi: 7.000kWh

Vikt CO2-ekvivalenter per kWh (biogas): 335 g CO2 / kWh

Materialutbyte: 6,5 / 10 ton =65%

Mängd bildad slagg: 10-6,5 ton = 3,5 ton

Energi per tillverkat ton: 7.000 / 6.5 = 1 077 kWh

CO2-emission= 7 000 x 335 = 2,4 ton CO2e

Emissioner per tillverkat kilo= 0,36 kg CO2e

Exempel 2

I det andra räkneexemplet smälter vi också pre-konsumentskrot men i det här fallet tunnplåt (se bild 6). I detta exempel är smältugnen driven av el och förbrukar 8 MWh för att smälta metallen. Eftersom ugnstypen är anpassad till råvaran så blir utbytet 98 %. Bildad slagg blir endast 200 kg och energiförbrukningen 816 kWh per ton. Emissionerna skiljer mångdubbelt beroende på om smältugnen är placerad i Polen eller Sverige. I Sverige blir emissionen 0,02 CO2e per kg men med samma ugn och råvara i Polen blir den 0,36 CO2e per kg. Jämfört med gaseldade ugnar i exemplet 1 ovan är det ca 2 gånger så mycket emissioner för elsmältning i Polen, trots ett bättre ugnsval för råvaran. En eldriven ugn anpassad till råvaran i Sverige ger dock 18 gånger längre emissioner än biogasdriven ugn och hela 39 gånger lägre emissioner än för samma ugn i Polen.

EXEMPEL 2

Tunnplåt av aluminium i eldriven smältugn

Material in: 10 ton

Smält metall ut: 9,8 ton

Mängd använd energi: 8.000kWh

Emissioner per tillverkat kilo (Sverige) = 22 g CO2/kWh

Emissioner per tillverkat kilo (Polen) = 867 g CO2/kWh

Materialutbyte: 9,8 / 10ton= 98%

Energi per tillverkat ton: 8.000 / 9,8 = 816 kWh/ton

CO2-emission (Sverige)= 8.000 x 22 = 0,176 ton CO2-ekvivalenter

Emissioner per tillverkat kilo (Sverige) = 0,02 kg CO2e

CO2-emission (Polen)= 8.000 x 867 = 6,9 ton CO2-ekvivalenter

Emissioner per tillverkat kilo (Polen) = 0,71 kg CO2e

Bild 6. Tunnplåt på rulle är även det pre-konsumentskrot. Tjockleken kan vara från några mikrometer tjock till betydligt tjockare. Den tunna plåten är mycket känslig för ugnsval men med elugnar blir materialutbytet högt.

Slutsats

Exempel 1 och 2 baseras inte på riktiga data men stämmer väl med uppmätta värden för gaseldade respektive eldrivna ugnar för spån respektive tunnplåt. Det visar värdet av att använda rätt ugnsteknik för en råvara. Vem har råd att blunda för att man bränner upp en tredjedel av sin råvara? Det visar också att gasdriven smältning av finare skrotråvaror är en återvändsgränd om man ser till emissioner. Det är helt enkelt inte hållbart. Nästa gång slår vi hål på myten att återvunnen aluminium förbrukar mindre än 5 % av jungfruligt aluminium. Vi ses då!