Tag Archives: forsking

Frå Søderberg-teknologi til solenergi

Luftfoto av Fiskaa Verk 1935, Elkems fotoarkiv


Denne artikkelen er skriven for årets utgåve av årsskriftet til Christiansands Byselskab. Den blir lagt ut her med løyve frå redaksjonen.

Om korleis Fiskaa Verk har skapt industrihistorie

Av Alf Holmelid, sivilingeniør og tidlegare forskningsdirektør

Teknologi og innovasjon har stått sentralt på Fiskaa Verk i Vågsbygd heilt i frå starten. Teknologiutvikling og  produksjon har hatt ulik vekt opp igjennom historia. Men forsking og drift har alltid gått hand i hand.

Smelteverket, Massefabrikken, Forsøksstasjonen og Forskingssenteret utgjer eit fruktbart fellesskap som har skapt teknologiske nyvinningar med stor verdi for den globale metallindustrien. Samarbeidet mellom erfarne produksjonsarbeidarar, ingeniørar og forskarar har vist seg å vere ein suksessfaktor. 

Godt handverk og god kunnskap

Kombinasjonen av godt handverk og teoretisk kunnskap har skapt viktige teknologiske gjennombrot – frå utviklinga av Søderberg-elektroden for over hundre år sidan, til dagens framstilling av solcellesilisium med stadig lågare klimafotavtrykk. Dette er viktig ballast å ha med seg når verket og bransjen no står overfor nye utfordringar. Vi er inne i ei tid med store endringar i dei globale marknadene, samtidig som det blir stilt stadig strengare krav til miljø og berekraftig produksjon. Fiskaa-miljøet i Kristiansand, med sine teknologiske tradisjonar, kan bli ein sentral aktør i arbeidet med å utvikle teknologi for ny industribygging og for materialproduksjon med nullutslepp.

Fiskaa Verk blir til

Kristiansands Elektrokemiske Aktieselskab blei starta opp på Fiskaa i 1906 av Badische Anilin & Soda Fabrik. Dei dreiv med utvinning av nitrogen til produksjon av kunstgjødsel.  Men drifta gjekk dårleg, og norske eigarar overtok. A/S Fiskaa Verk blei etablert  i juni 2017, og Norske Aktieselskab for ElektrokemiskIndustri (seinare Elkem) overtok bedrifta same år. Formålet med oppkjøpet var å drive forsøk med framstilling av sink og utvikling av ny elektrodeteknologi for smelteomnar. Salpeterproduksjonen blei avvikla, og fabrikken blei bygd om til eit elektrisk smelteverk for metallproduksjon. 

I 1918 blei Fiskaa Verk Arbeiderforening stifta og meldt inn i Norsk Arbeidsmandsforbund. Dette var ei turbulent tid i norsk arbeidsliv med kamp for løn, arbeidsvilkår og kortare arbeidstid. Fiskaa Verk blei lenge styrt frå hovudkontoret til Elektrokemisk i Oslo. Først i 1949 fekk verket sin eigen direktør lokalisert i Kristiansand. I ein prolog som blei framført av ein arbeidarveteran i 60-åra står det: «Gørrisen gjekk rundt på verket, han slo av ein prat. Vi følte han faktisk som ein god kamerat. Det var som om verket fekk ei heilt anna ånd, foreining og leiing fekk ei samarbeidsånd. Det er nesten utruleg at den tid er til ende brakt, då leiinga såg på oss med hovmod og forakt.» 

Søderberg-elektroden

Fiskaa Verk er uløyseleg knytt til utviklinga av Søderberg-elektroden som revolusjonerte metallproduksjonen over heile verda. Søderberg-elektroden er kontinuerleg og sjølvbakande. Kalsinert antrasitt, petrolkoks og bek blir fylt på i toppen av ein stålmantel, og elektrodemassen blir bakt til fast elektrode etter kvart som den blir forbrukt og mata nedover i smelteomnen. Det blei gjennomført mange mislukka forsøk før det fungerte i praksis. Elektroden losna frå mantelen og rasa ned i smelteomnen. Men i november 1918 fant dei løysinga – ribber sveisa på innsida av mantelen. 

Den nye elektrodeteknologien gjorde det mogeleg med større elektrodar og  større smelteomnar, og ein slapp å stoppe omnen for å skifte elektrode. Dette la grunnlaget for kraftig auke i produksjonskapasiteten. Teknologien blei ein økonomisk suksess for selskapet, og den revolusjonerte smelteverksindustrien både nasjonalt og internasjonalt. Elektrokemisk sine folk reiste verda rundt og installerte Søderberg-teknologien. I 1926 var teknologien installert på 66 verk og 164 smelteomnar. Elektrokemisk var blitt eit verdsleiande teknologiselskap.

På 1920-talet  starta arbeidet med Søderberg-teknologi for aluminiumelektrolyse. Fagmiljøet på Fiskaa var sentralt også her. Men Fiskaa Verk hadde ikkje aluminiumsproduksjon. Ein del av forsøka blei derfor lagt til aluminiumsprodusenten Vigeland Brug i Vennesla. I 1926 og 1927 kom dei første kommersielle installasjonane av aluminiumsomnar med Søderberg-teknologi. På denne tida kom også den amerikanske aluminiumsprodusenten Alcoa inn på eigarsida i Elkem.

Utviklinga av Søderberg-elektroden skjedde i ei industrireisingstid for Noreg. Søderberg-teknologien blir av mange samanlikna med Birkeland-Eyde-prosessen som blei utvikla nokre år tidlegare for framstilling av nitrogenoksid til kunstgjødsel. Vasskrafta som blei bygd ut på den tida, kombinert med forskingsbasert innovasjon og entreprenørskap la grunnlaget for utvikling av ein omfattande prosessindustri som framleis er ei av våre viktigaste eksportnæringar. Fiskaa Verk var sentral i denne industribygginga.

Forsøksstasjonen

Utover i trettiåra satsa Elektrokemisk på vidareutvikling av Søderberg-teknologi for aluminiumsproduksjon. Etter ein del motstand frå samarbeidspartnarar blei det i 1936 bestemt å bygge ein forsøksstasjon på Fiska Verk. Formålet var å drive forsøk med Søderberg-elektroden og utvikle ei aluminiumscelle for ein straumstyrke på opp mot 100 kA. Forsøksstasjonen blei også planlagt for forsøk med ferrolegeringar og magnesium, men det var aluminium som stod i sentrum den første tida. Søderberg-elektrodar med straum tilført frå toppen i staden for i frå sida var eit av prosjekta. 

Samtidig med aluminiumsforskinga og etter at den tok slutt på femtitalet, blei Forsøksstasjonen brukt til støtte for eigen produksjon av ferrolegeringar og karbonmateriale. Den blei også brukt til forsøk for ingeniørdivisjonen som bygde smelteomnar over heile verda, og det blei gjennomført forsøk for eksterne kundar. Eit vidt spekter av malmar og smelteteknologiar blei testa. Støypeteknologi og legeringsteknologi var også ein viktig del av aktiviteten. Kombinasjonen av testfasilitetar i benkskala i laboratoriet og pilotskala i Forsøksstasjonen var og er ein unik infrastruktur for metallurgiske forsking og utvikling.

På slutten av åttitalet var det dårlege tider i Elkem, og det blei vurdert å avvikle aktiviteten i Forsøksstasjonen, men det kom etter kvart nye oppgåver. Aluminium blei på nytt eit sentraltforskingsområde. Forsøksstasjonen har i samarbeid med Alcoa spelt ei viktig rolle i utviklinga av ein ny aluminiumsprosess – karbotermisk reduksjon. Forsøksstasjonen har også stått sentralt i utviklinga av solcellesilisium som vi kjem tilbake til. I dag er det eit sterkt fokus på resirkulering og nullutslepp, blant anna med prosjektet Waste to value.

Fiskaa-røyken som blei gull verdt

Den grå røyken som velta opp frå pipene på Fiskaa var eit kjent landemerke, men den var lite populær blant naboane i Vågsbygd. Fleire stader langs norskekysten fant vi liknande røykskyer, og mange såg på dei som eit symbol på arbeid og verdiskaping. Men på slutten av sekstitalet vaks det fram ei aktiv miljørørsle og eit politisk engasjement for betre miljø og reduserte utslepp frå industrien.  Det la grunnlaget for utvikling av ny miljøteknologi som skulle vise seg å bli lønsam for selskapet.

Alt på femtitalet blei det gjort forsøk med filter på Fiskaa Verk, og i 1964 blei det første industrielle reinseanlegget, eit elektrostatfilter, installert. Støvet som består av silisiumdioksid og blir kalla microsilica, blei brukt i betong og som tilsetting til kunstgjødsel. Men verkningsgraden for filteret var låg, og det blei store problem med korrosjon. Elektrostatfilteret blei derfor skrota, og eit innkjøpt posefilter blei installert. Men det blei heller ingen suksess. 

Etter fleire mislukka forsøk blei det sett ned ei ingeniørgruppe som fekk i oppdrag å utvikle eit funksjonelt filter. I 1973 var løysinga klar, og Elkem Baghouse Filter blei implementert. Etter kvart blei teknologien forbetra ved bruk av Gore-Tex-membranteknologi. Denne reinseteknologien blei ein stor suksess. I tillegg til å reinse eigne verk, marknadsførde og selde Elkem teknologien til ferrolegeringsverk over heile verda. Ei teknologiutvikling for å løyse sitt eige miljøproblem la grunnlaget for sal av miljøteknologi på den globale marknaden.

Parallelt med den teknologiske utviklinga skjedde det ei politisk utvikling. Miljøspørsmål fekk stadig større merksemd i media, og i 1970 sendte NRK eit kritisk program om forureining frå industrien, blant anna frå Fiskaa Verk. Kritikken blei etter kvart så sterk at saka blei tatt opp i styret i Elkem-Spigerverket som selskapet då heitte, og det blei fremma forslag om å reinse avgassen frå alle ferrolegeringsverka i selskapet. Regjeringa kom på bana i 1974 med pålegg om å reinse avgassen frå ferrolegeringsproduksjon, og reinsekrava blei gradvis stramma inn dei påfølgjande åra.

Det viste seg snart at gode filter ikkje var nok til å bli kvitt forureiningsproblemet. Støvet velta ikkje lenger ut av pipene, men det blei ikkje borte. Berre på Fiskaa Verk blei det produsert 15000 – 20000 tonnmicrosilica om året. Det er nok til å dekkje ei fotballbane med eit 7m tjukt lag. Løysinga blei å satse offensivt på forsking for å gjere problemavfallet til ein verdifull ressurs, og resultatet blei eit skoleeksempel på at miljøtiltak kan vere bra både for miljøet og økonomien.

Det tok tid og kravde store investeringar å finne gode og lønsame bruksområde for microsilica, men etter kvart kom det eit kommersielt gjennombrot. Forskarane dokumenterte at 1 kg microsiliuca kan erstatte 3 kg sement med om lag same effekt. Vidare fant ein at produktet kan forbetre haldbarheit og styrke i betong. Oljeplattformer, Øresundbrua og verdas høgaste bygning, Burj Khalifa i Dubai er eksempel på krevjande betongkonstruksjonar der ein har brukt microsilica. 

Etterspørselen blei etter kvart så stor at Elkem i ein periode på femten år dreiv Meråker Smelteverk med microsilica som hovudprodukt og metall som biprodukt. I 2018 var omsetninga av Elkem Microsilica og relaterte produkt på 1.4 milliardar kroner. Satsinga på microsilica med produktdifferensiering og utvikling av spesialprodukt har vore ein styrke for Elkem i konkurranse med andre silisiumprodusentar. Å konvertereavfallet til eit kommersielt produkt viste seg å vere ei god investering.

Fiskaa-røyken har blitt brukt av miljørørsla som eksempel på at god miljøpolitikk kan vere godindustripolitikk. Eit miljøproblem førte til utvikling av ny reinseteknologi som blei kommersialisert og la grunnlaget for eit omfattande sal av teknologi. I tillegg blei eit forureinande avfallsproduktet foredla til eit kommersielt produkt som la grunnlaget for eit lønsamt forretningsområde. Det er no stadig fleire som meiner at norsk industri har fått eit teknologisk forsprang og eit konkurransefortrinn ved at vi var tidleg ute med miljøkrav som skapte teknologiutvikling.

Den lange vegen inn i fornybarindustrien

Forskingssenteret på Fiskaa var tidleg ute med forsking på silisium til solceller – ein teknologi som skulle bli sentral i overgangen til eit meir klimavennleg samfunn. Forsøk med produksjon av solcellesilisium starta i siste halvdel av syttitalet i nært samarbeid med internasjonale konsern. Ein av samarbeidspartnarane var den amerikanske oljegiganten Exxon. Samarbeidet var eit resultat av konsesjonskrava for å få løyve til å leite etter olje i Nordsjøen. Selskap som fekk konsesjon, blei pålagt å støtte landbaserte prosjekt som kunne bidra til industriutvikling i Noreg. 

Silisium til elektronikk og til solceller blir tradisjonelt produsert i store kjemiske fabrikkar med stort energiforbruk. Elkem tok utgangspunkt i sin metallurgiske kjernekompetanse – karbotermisk reduksjon i elektriske smelteomnar, slaggbehandling og støyping. Det var denne kompetansen og den solide industrielle erfaringa som gjorde at Elkem blei kontakta av globale konsern med gryande interesse for den fornybare energien dei såg ville komme. 

Silisiumforskinga på Fiskaa gjorde store framsteg dei første åra. I perioden fram til midten av åttitalet blei det utvikla sentrale prosessavsnitt som seinare blei grunnlaget for kommersiell produksjon tre tiår seinare. Men kommersielle og strategiske vurderingar i leiinga i Elkem førde til at aktiviteten blei trappa ned. Kompetansen blei like vel tatt vare på av fagfolka ved Forskingssenteret, og dei heldt den ved like gjennom forskingsaktivitet på tilstøytane forskingsområde. 

På midten av nittitalet blei det ny fart i forskinga på silisium til solceller. Forskingssenteret sette blant anna opp eit europeisk forskingskonsortium som fekk midlar frå EU-kommisjonen. Konsernleiinga gav no full støtte til vidare satsing på eit område som blei stadig meir interessant for ny industriutvikling.  Japan og Tyskland hadde lansert program for satsing på solceller, og den politiske klimasatsinga førte til gode prognoser for vekst i solenergi. I 2001 blei Elkem Solar etablert som eit prosjekt med eit eige styre på konsernnivå i Elkem.

Den store utfordringa for Elkem Solar var å få alle prosessavsnitta som var testa kvar for seg, til å spele saman i ein industriell prosess. Men no peika alle prognoser for solcellesilisium oppover, og fullskala produksjon blei forsert fram og planlagt parallelt med forskings- og utviklingsaktiviteten. Det blei utarbeidd investeringssøknad for fabrikk på Fiskaa. Styret i Orkla, som no hadde overtatt Elkem, sa ja til investeringa på slutten av 2006, og kronprins Haakon opna fabrikken i august 2009. Dette var eit prosjekt med høg risiko bore fram av gode marknadsutsikter. 

Etter få år blei det brått slutt på den gunstige marknadssituasjonen. I 2012 måtte Elkem Solar stoppe produksjonen på grunn av hard konkurranse frå silisiumproduksjon i Kina. Men dei fleste tilsette blei i arbeid og brukte tida til å utvikle ny teknologi som reduserte energiforbruket og produksjonskostnadene. Det kinesiske selskapet Bluestar som no hadde overtatt Elkem, har vist vilje til å satse på teknologiutvikling i dårlege tider. Det er ei utbreidd oppfatning også blant dei tillitsvalde at Bluestar har vist vilje til langsiktig industriell tenking.

Den metallurgiske prosessen for produksjon av solcellesilisium har i utgangspunktet vesentleg lågare energiforbruk enn den tradisjonelle kjemiske prosessen. Nyleg gjorde forskingsmiljøet på Fiskaa eit nytt teknologisprang. Avfall frå vidareforedling av silisium til solceller blir no resirkulert og går inn i produksjonen. Dermed får vi ny kraftig reduksjon i energiforbruk og klimafotavtrykk.

Ny industriutvikling

Nye prosjekt er på beddinga. Elkem karbon planlegg å produsere grafitt for batteri, og ved Forskingssenteret ser ein på silisiumkvalitetar for batteri. Dette er produkt som vi treng i eit samfunn som må blei meir klimavenleg og bruke meir fornybar energi. Forskingsmiljøet og infrastrukturen på Fiskaa er også med i ei langsiktig nasjonal satsing  for utvikling av framtidas materialteknologi i prosjektet Future Materials.

Dei teknologiske gjennomslaga på Fiskaa er resultat av ein lang tradisjon som teknologiselskap med nær kontakt mellom forsking, utvikling, engineering, produksjon og marknadsarbeid. Ulike yrkesgrupper har evna å jobba saman for å komme fram til nye produkt og nye industrielle prosessar. Dette er eigenskapar vi treng for å vidareutvikle norsk industri når oljealderen etter kvart går mot slutten.

Takk

Takk til Magne Dåstøl og Ragnar Tronstad for innspel om høvesvis Fiskaa-røyken og solcellesilisium.

Litteratur

Industrimuseum.no: Fiskaa Verk

Fiskaa Verk Arbeiderforening 75 år 1918 – 1993

Skaperkraft: Elkem gjennom 100 år : 1904-2004, Knut Sogner

Elkems Forsøksstasjon 75år, Roger Sandvik, Støperi Tidende nr. 3, 2013

The History og Silica Fume in Concrete, Per Fidjestøl og Magne Dåstøl, Conference notes, Elkem Materials

Solar Silicon Processes, Bruno Ceccaroli et al, CRC Press, 2017

Regjeringa satsar også på næringsretta forsking

Dette er ein forkorta versjon av eit innlegg som eg heldt i Stortinget i dag.

Det viktigaste grunnlaget for den næringsretta forskinga er at vi har ein solid samla forskingsaktivitet.

Det er mange som likar å spreie feilaktige myter om norsk forsking. Derfor vil eg ta med nokre enkle fakta:

  • Den offentleg finansierte forskinga har hatt ein realvekst på 28% under den raudgrøne regjeringa
  • Vi må tilbake til den borgarlege regjeringsperioden for å finne eit år med realnedgang i den offentleg finansierte forskinga.

Men mår det gjeld privat finansiert forsking, så ligg vi klart etter våre naboland. Derfor har regjeringa satsa tungt for å rette på dette og stimulere til meir forsking finansiert av næringslivet:

  • Noreg gir meir offentleg forskingsstøtte til bedrifter enn våre naboland, sett i forhold til BNP.
  • Forskingsrådet si støtte til næringslivet er meir enn fordobla under den raudgrøne regjeringa

Skal vi styrke den næringsretta forskinga og bygge kompetanse for næringslivet, så er det viktig å bygge gode relasjonar mellom næringslivet og utdannings- og forskingsmiljø. Derfor er det viktig å utvikle ulike former for samarbeidsarenaer. Regjeringa har blant anna oppretta 11 forskingssenter for miljøvennleg energi der det er eit tett samarbeid mellom næringslivet og universiteta.

Personleg har eg god erfaring med samarbeid mellom næringsklynger og akademiske institusjonar. Dette er også blant dei tiltaka som professor Reve har omtalt positivt i oppsummeringa av det store prosjektet om framtidas næringsliv. Denne type samarbeid blir finansiert gjennom program som ARENA og Narwegian Center og Expertice. Om eg ikkje hugsar feil, så foreslo Høgre å kutte i desse ordningane i budsjettet for 2011. Dei regionale forskingsfonda som Høgre er i mot, er også viktige for utviklinga av slike regionale kluster.

Men på tross av desse satsingane, ligg den privat finansierte forskinga lågt her i landet. Det er ei utfordring som det er grunn til å ta på alvor. Vi må sjå på innretning og omfang av dei ulike ordningane. Det kan blant anna vere aktuelt å utvide støtta til større utviklingsaktivitetar slik vi har i miljøteknologiordninga i Innovasjon Noreg.

Men det er også grunn til å stille spørsmål om næringslivet investerer for lite av eigne midlar i utdanning og forsking. Vi er no inne i ein periode der deler av norsk næringsliv går svært godt. Det burde legge grunnlaget for større investeringar i forsking og utvikling for å sikre verdiskaping og sysselsetting for framtida.

Alf