Mekanismer för klorinducerad högtemperaturkorrosion studerad med in-situ mikroskopi och första princip-beräkningar

Forskningsprojekt, 2015 – 2018

Det övergripande målet med detta projekt är att medverka till att man kan öka ångdata i kraftverk som eldar förnybara (CO2-neutrala) bränslen, såsom biomassa. Biomassa är mycket mer korrosivt än dominerande bränslen, som kol, lignit och naturgas. Sålunda är den maximala ångtemperaturen (och därmed deras verkningsgrad) begränsad av högtemperaturkorrosion. För att möta dessa problem är det viktigt att förstå orsakerna bakom korrosionsfenomenen. Ett flertal undersökningar har visat att korrosiviteten i biomassa är kopplad till innehållet av alkaliklorider, alltså måste vi förstå alkaliklorid-inducerad korrosion. Modellerna vi har för detta är otillräckliga. Det beror bl a på mycket besvärliga experimentella omständigheter. För att överbrygga dessa problem behöver man ta fram ny instrumentering och nya metoder, vilket är avsikten med detta projekt. Genom att bygga ett nytt typ av in-situ instrument (som vi kallar Nano-CPM arbetsstation) för studier ända ner till nanometerskala, kan vi få fram unik data. Baserat på dessa data kan vi modellera korrosionsförloppet med första princip-metoder och beskriva mekanismerna bakom klorinducerad korrosion på ett korrekt sätt, vilket leder till att man kan finna sätt att begränsa dess skador. En viktig del i projektet är utvecklandet av Nano-CPM arbetsstationen, som har en unik, avancerad kombination av delar, som vi kommer utveckla baserat på vår tidigare kunskap om korrosion och mikroskopi. Den består av ett system av mikrorobotar och mikromanipulatorer som kan hantera prover före och efter korrosionsexponering, och kan tillverka tunna prover för noggrann mikroskopi och analys på nanometerskala efteråt. Man kan även studera korrosionsangreppet live i en specialbyggd ugn. Alla delar sätts ihop till en arbetsstation och placeras i ett speciellt instrument som både kan avbilda och avverka material med hög precision, ett fokuserat jonstråle instrument kombinerat med en svepelektronmikroskopidel som kallas FIB/ESEM. Ny korrosionsdata kommer genereras för relevanta material i temperaturintervallet 450 ? 750C. Vi kommer använda dessa resultat som input till avancerad modellering för hur transporten av t ex klor sker, genom oxidskalet som bildats, ner till det underliggande materialet, vilket åsamkar allvarliga skador. Sådan modellering har inte kunnat göras på ett meningsfullt tidigare pga. brist på experimentell data. Med detta projekt kan ett kvantsteg framåt ske för förståelsen av kloridinducerad korrosion, vilket leder till större möjligheter att använda biomassa på ett effektivt sätt och bidra till ett hållbart energisystem.