Hoppa till innehållet
Pavleta Knutsson

Forskning

Material vid höga temperaturer

Fyra sammanhängande teman: hur alkali och aska angriper legeringar; hur bäddmaterial och syrebärare beter sig vid omvandling av biomassa; vad som händer där en metall möter sin oxid; och, senast, hur restprodukter blir porösa kol för infångning av CO2.

01

Högtemperaturkorrosion och aska

30 artiklar

När biomassa eller avfall förbränns eller förgasas frigör askan alkaliföreningar som Na2SO4, KCl och KOH. På panntuber och andra heta ytor angriper de det skyddande oxidskikt som gör att stål och nickellegeringar håller. Att förstå angreppet, och konstruera runt det, avgör om en anläggning går i månader eller i decennier.

Därför spelar det roll: förnybar energi kräver material som tål de bränslen vi vill använda.

Högtemperaturkorrosion från alkali i gas- och kondenserad fas, askkemi samt hur alkali tas upp och frigörs i fluidiserade bäddar.

Alkali attack on an oxide-covered alloyCross-section: Na2SO4 and KCl vapour and particles drift down onto an alloy covered by a columnar oxide scale. A salt deposit sits on the scale and a jagged crack leads through the scale into the alloy, which shows grain boundaries. Na2SO4 and KCl in the hot gas salt deposit oxide scale alloy attack through the scale
Schematic: alkali attack on an oxide-covered alloy. Cross-section: Na2SO4 and KCl vapour and particles drift down onto an alloy covered by a columnar oxide scale.

Viktiga resultat

Högtemperaturkorrosion och aska · Bäddmaterial och syrebärare

Ilmenite draws potassium into its core

Up to 40 wt% of the sand in Chalmers' 12 MW boiler was replaced by the natural ore ilmenite. Iron moved to the particle surfaces, titanium concentrated in the core, the ash formed a calcium-rich double layer, and potassium diffused into the core to form KTi8O16. Locking potassium inside the particle could reduce both bed agglomeration and corrosion.

Energy & Fuels (2014) · 103 citeringar

Högtemperaturkorrosion och aska · Bäddmaterial och syrebärare

How biomass ash migrates into, and grows on, an oxygen carrier

Ilmenite samples taken from the 12 MW boiler after 5 to more than 300 hours of oxygen-carrier-aided combustion show potassium migrating into the particle core over time, and a calcium layer forming at longer times while calcium also moves inward. Combined with thermodynamic calculations, the paper proposes a mechanism for the ash–bed material interaction.

Energy & Fuels (2018) · 75 citeringar

Relaterade artiklar

Artikel

2025

62 citeringar

Tailoring highly surface and microporous activated carbons (ACs) from biomass via KOH, K₂C₂O₄ and KOH/K2C2O4 activation for efficient CO₂ capture and CO2/N2 selectivity: characterization, experimental and molecular simulation insights

B. Dziejarski, J. Serafin, D. F. Hernández-Barreto, E. Naumovska, J. Sreńscek-Nazzal, N. Klomkliang, E. Tam, R. Krzyżyńska, K. Andersson, P. Knutsson

Chemical Engineering Journal 524, 169677 (2025)

Högtemperaturkorrosion och aska · Porösa kol och infångning av CO2

DOIÖppen tillgång
Alla artiklar inom temat (30) →

02

Bäddmaterial och syrebärare

47 artiklar

I en panna eller förgasare med fluidiserad bädd bär en het, sandliknande bädd bränsle och värme. Bäddpartiklarna är inte passiva: mineral som olivin, ilmenit och fältspat reagerar med askan, tar upp kalium och svavel och kan transportera syre från luften till bränslet. Rätt bäddmaterial förbättrar omvandlingen och skyddar anläggningen.

Därför spelar det roll: bädden är hjärtat i förgasning och förbränning, och den förändras under drift.

Studeras i Chalmers 12 MW-panna, forskningsförgasaren, 100 kW-enheten för kemcyklisk förbränning och i labbreaktorer.

A bed particle gaining an ash-derived layerLeft: a round bed particle (for example olivine) with a core and an outer ash-derived layer, surrounded by small ash particles drifting toward it. Right: an oxygen-carrier cycle, in which the particle takes up oxygen from air and releases it to the fuel. K, Na, Ca … from the fuel ash core ash-derived layer (grows as the bed ages) O2 from air O2 to fuel Oxygen carrier particle
Schematic: a bed particle gaining an ash-derived layer. Left: a round bed particle (for example olivine) with a core and an outer ash-derived layer, surrounded by small ash particles drifting toward it.

Viktiga resultat

Bäddmaterial och syrebärare

A route for turning existing boilers into biomass gasifiers

Ten years of operating the 2–4 MW Chalmers research gasifier and the 20 MW GoBiGas biomethane plant, distilled into a route to commercial use. Two findings carry it: constituents of the biomass ash itself act as a catalyst for the process, and with coated heat exchangers ordinary fluidized-bed boilers can be retrofitted into gasifiers. The paper estimates that Sweden's existing fluidized-bed boilers alone correspond to a jet-fuel capacity of about 10% of current global consumption.

Energy Science & Engineering (2018) · 179 citeringar

Högtemperaturkorrosion och aska · Bäddmaterial och syrebärare

Ilmenite draws potassium into its core

Up to 40 wt% of the sand in Chalmers' 12 MW boiler was replaced by the natural ore ilmenite. Iron moved to the particle surfaces, titanium concentrated in the core, the ash formed a calcium-rich double layer, and potassium diffused into the core to form KTi8O16. Locking potassium inside the particle could reduce both bed agglomeration and corrosion.

Energy & Fuels (2014) · 103 citeringar

Relaterade artiklar

Alla artiklar inom temat (47) →

03

Gränsytor mellan metall och oxid samt beläggningar

5 artiklar

Ett skyddande oxidskikt är bara så bra som dess fäste mot metallen under. När Al2O3 växer på NiAl och Pt-modifierade aluminidbeläggningar rör sig atomer, vakanser samlas och porer kan öppnas i gränsytan och försvaga vidhäftningen. Arbetet undersöker hur porerna bildas, och hur de ibland läker.

Därför spelar det roll: belagda komponenter går sönder där oxiden släpper.

Studerade legeringar och beläggningar omfattar NiAl och Pt-modifierade aluminider; ämnet för doktorsavhandlingen 2011.

Voids forming and healing at the metal–oxide interfaceTwo cross-sections of an Al2O3 scale on NiAl. In the first, vacancies collect into a row of voids along the interface as aluminium moves outward through the scale. In the second, the interface is mostly closed and only a single small void remains. Al out Al2O3 NiAl Void formation Al out Al2O3 NiAl Healing
Schematic: voids forming and healing at the metal–oxide interface. Two cross-sections of an Al2O3 scale on NiAl.

Viktiga resultat

Gränsytor metall–oxid och beläggningar

What platinum does at the NiAl–oxide interface

A study of how platinum influences the interface between NiAl and its oxide during high-temperature oxidation of bulk material, part of the work on Pt-modified aluminide coatings.

Corrosion Science (2008) · 101 citeringar

Gränsytor metall–oxid och beläggningar

Voids at the metal–oxide interface can form and heal

A study of how voids form at, and heal from, the interface between NiAl alloys and their oxide scale.

Oxidation of Metals (2009) · 38 citeringar

Relaterade artiklar

Alla artiklar inom temat (5) →

04

Porösa kol och infångning av CO2

5 artiklar

Den nyaste inriktningen gör restprodukter till användbara material. Tallved, kimrök från uttjänta däck och grafit från förbrukade litiumjonbatterier aktiveras med kaliumföreningar till kol fulla av porer under en nanometer, som kan fånga in CO2 selektivt.

Därför spelar det roll: avfall blir ett sorbent för koldioxidinfångning.

Nästa steg: perovskitbaserade redoxmaterial för energiomvandling och baskemikalier (Vetenskapsrådet, 2026–2030).

Activated carbon capturing CO2 in sub-nanometre poresLeft: biomass or residue is heated with a potassium compound (KOH) to about 800 °C. Right: the resulting carbon particle, cut open to show branching pores; small CO2 molecules sit in the narrowest pores while N2 passes by. biomass or residue + KOH, 800 °C activation porous carbon: CO2 held in the narrowest pores
Schematic: activated carbon capturing CO2 in sub-nanometre pores. Left: biomass or residue is heated with a potassium compound (KOH) to about 800 °C.

Viktiga resultat

Högtemperaturkorrosion och aska · Porösa kol och infångning av CO2

Carbons from pine wood that capture CO2

Pine wood activated at 800 °C with KOH, K2C2O4 or mixtures of the two. Co-activation gave a surface area of 2029 m2/g; the KOH carbon reached the highest CO2 uptake (9.65 mmol/g at 0 °C), while the K2C2O4 carbon gave the best CO2/N2 selectivity. Molecular simulations link the performance to sub-nanometre pores and carbonyl-rich surfaces.

Chemical Engineering Journal (2025) · 62 citeringar

Relaterade artiklar

Alla artiklar inom temat (5) →