56 miljoner till forskning om metalliska material för el-samhället

Den nu pågående elektrifieringen av samhället är den kanske tydligaste effekten av världens strävan efter ökad hållbarhet.

Utvecklingen mot elektricitet som energibärare spelar inte bara roll för hur metaller framställs utan även för hur de används. På energisidan växer efterfrågan på nya material för tillämpningar inom vind-, våg- och solkraft samt material för lagring av el. En kanske ännu större förändring sker på fordonssidan, där övergång till elektrisk framdrift förändrar hur fordon byggs och hur deras drivlinor ser ut, och därmed hur metaller används.

– Det ställs mängder av nya krav på materialen som ska möjliggöra omställningen till det elektrifierade samhället. Behoven av ny kunskap och nya metoder är stora både hos metallproducenterna och den användande industrin, säger Gert Nilson, programchef för Metalliska material och teknisk direktör på Jernkontoret.

Inom det strategiska innovationsprogrammet Metalliska material satsas nu drygt 56 miljoner kronor i programmets utlysning Metalliska material för det elektrifierade samhället. Sju nya forskningsprojekt har beviljats stöd från den svenska innovationsmyndigheten Vinnova.

– Vi är riktigt nöjda med utfallet av den här utlysningen. Vi fick in 20 projektförslag som alla var av god kvalitet. Genom att tänja budgeten lite kan vi nu starta sju riktigt bra projekt som kommer att kunna leverera viktiga bidrag till elektrifieringen av samhället och metallindustrins konkurrenskraft, säger Gert Nilson.

De sju beviljade projekten är:

Utveckling av elektroplåt för elmotorer till fordon (E-STATE)

Målet med projektet E-STATE är att utveckla en ny legering för elektroplåt med förbättrad hållfasthet och magnetiska egenskaper i syfte att öka prestandan hos eldrivna fordon, och därmed accelerera elektrifieringen av vägtrafik. Flera nya stålsammansättningar ska inledningsvis designas och tillverkas i laboratorium. Deras relevanta egenskaper ska undersökas och den mest lovande varianten ska tillverkas i industriell process, följt av konstruktion och tillverkning av flera motorprototyper innehållande det nya stålet.

E-STATE har en total budget på 14,2 miljoner kronor varav 5,9 miljoner kommer från Vinnova.

Förbättrade materialegenskaper i fogar i litiumjonbatterier (EMPIRE) 

EMPIRE fokuserar på förbättrade materialegenskaper, och långtidsegenskaper samt pålitlighet, i litiumjonbatterier. De intermetaller som uppstår vid fogning skapar ett sprött beteende, vilket kan vara förödande för utmattnings- och långtidsegenskaper.

EMPIRE har en total budget på 5,7 miljoner kronor varav 2,85 miljoner kronor kommer från Vinnova.

Utveckla kostnadseffektiva metalliska material för fastoxidceller för ett elektrifierat samhälle (FastOx)

I samband med elektrifieringen av ett hållbart samhälle kan teknologierna SOC (Solid Oxide Cell) och Solid Oxide Electrolysis Cell (SOEC) bli viktiga komplement till produktionen av intermittent förnybar el. SOEC-teknologin kan användas för att balansera belastningen i elnäten. Dessutom kan SOEC-teknologin producera vätgas för stålindustrin, transportsektorn samt kolväten och andra ämnen för den kemiska industrin. Projektet mål är att utveckla en mer kostnadseffektiv SOC-teknologi.

FastOx har en total budget på 6,23 miljoner kronor varav 3,12 miljoner kronor kommer från Vinnova.

Värmebehandling och Stålval för Driftsäkra Elektrifierade Drivlinor (HeatDrive) 

Elektrifiering medför en snabb omställning inom industrin, vilken redan erbjuder lastbilar och bussar med batteridrift på marknaden mot vissa kundsegment. Omställningen har dock bara börjat och många utmaningar kvarstår. Till exempel att elektrifiera fjärrtransporter, vilket kräver kompakta, lätta och högeffektiva drivlinor. Projektet kommer utveckla labbmetodik för att kontrollerat testa och kartlägga de skademekanismer som accentueras när lastcyklerna ökar.

HeatDrive har en total budget på 8,72 miljoner kronor varav 3,9 miljoner kronor kommer från Vinnova.

Material för gröna vätgasdrivna gasturbiner genom additivtillverkning (MAGDA) 

Gasturbiner är med sin flexibilitet och snabba upprampning centrala i ett hållbart energisystem för att kunna balansera intermittent elproduktion, till exempel vindkraft. Framtida kolfri elproduktion kräver då en uppskalning av vätgas som bränsle i gasturbiner. Förbränning av vätgas i gasturbiner är fortfarande förenat med utmaningar kopplat till gasens reaktivitet i kombination med den nödvändiga högre processtemperaturen. Lösningen ligger i att förbättra design och material för komponenter som brännare och turbinblad med mera. Additiv tillverkning i metall har identifierats som lösningen där dessa mål kan mötas. Dagens teknik möjliggör heltäta komponenter med komplex geometri i flera material som rostfria stål och vissa nickelbaslegeringar, men nickelbaslegeringar som klarar de höga temperaturer som krävs för vätgas är ännu inte realiserade. Projektet syftar till att ta fram lösningar för att hantera denna utmaning.

MAGDA har en total budget på 9,5 miljoner kronor varav 4,75 miljoner kronor kommer från Vinnova.

Elektrisk ämnesvärmning av slabs (ELROS)

I nuläget används fossil energi i stor utsträckning för att genomföra ämnesvärmning inför bearbetning och valsning av stål och metallegeringar, vilket leder till ett kraftigt koldioxid-avtryck. Projektet ELROS är en ansats att minska koldioxid-avtrycket och att utveckla en anpassad och optimerad ämnesvärmning genom att kombinera induktiv värmning med elektrisk motståndsvärmning upp till cirka 1350°C i ämnestemperatur. Projektet innefattar simuleringar med materialspecifika parametrar för elektrisk värmning och anpassning av parametrar för olika material, såväl olegerat kolstål som rostfria och andra höglegerade stål i varierade produktformer (slabs, blooms och billets) för att fånga upp geometriska variationer.

ELROS har en total budget på 4,3 miljoner kronor varav 2,15 miljoner kommer från Vinnova.

Nya batterier från återvunnet material (NyBat)

Projektet NyBat kommer att undersöka prestanda och kvalitet på Northvolts Litiumjon NMC battericeller tillverkade av material från använda batterier från Volvo Cars. För att elektriskt drivna bilar ska fungera som en verkligt hållbar ersättning till förbrännings-motordrivna fordon, behöver den energi- och materialkrävande batteriproduktionen förbättras. Batterierna behöver tillverkas med fossilfri el för att minimera utsläppen av växthusgaser. Dessutom kan den snabbt växande elbilsmarknaden leda till brist på råvaror, vilket ökar behovet av effektiv återvinning. Konventionella återvinningsmetoder fokuserar på ett fåtal värdefulla material, och har hittills inte kunnat återvinna material av tillräckligt hög renhet för att göra nya batterier. Batteriåtervinning är därför en allt viktigare uppgift, som också kommer krävas i högre grad av ny EU-lagstiftning.
NyBat har en total budget på 7,7 miljoner kronor varav 3,85 miljoner kronor kommer från Vinnova.