Från koltjära till grafen – produktionsmetoder och framtida användningsområden (avslutat)

Syfte och mål

Målet med förstudien är att kartlägga vilka möjligheter det finns för ett industrialiseringsprojekt för tillverkning av grafen via koltjära-syntes och att utreda möjliga användningsområden för det producerade grafenet.

Många integrerade stålverk, som t.ex. SSAB i Luleå och Oxelösund, har egna koksverk i sina produktionsanläggningar. I dessa koksverk tillverkas den metallurgiska koks som masugnarna kräver för råjärnsproduktion. Vid kokstillverkning produceras även stora mängder stenkolstjära som biprodukt. Kokstillverkningen vid SSAB i Luleå genererar ca 30 kton stenkolstjära per år. Idag säljs denna biprodukt externt för användning som energiråvara. Stenkoltjära innehåller stora mängder kolrika molekyler som skulle kunna vara en värdefull råvara vid framställning av högvärdiga produkter som grafen.

SSAB och Swerea MEFOS kommer att genomföra denna förstudie för att skapa en kunskapsbas och vägledning för ett framtida beslut om en industrialisering och användning av stenkolstjära som råvara till grafen. Förstudien omfattar en systematisk litteraturstudie, experiment i lab-skala, företagsbesök och seminarier.

Resultat

Vid SSABs anläggning i Luleå genereras årligen cirka 30kton tjära och tjärslam genom produktionen i koksverket. För tillfället säljs dessa mängder till externa parter som bränsle eller som tillsatsmaterial vid kemikalieframställning. Tjära och tjärslam innehåller höga halter av kol (C).

Förstudien visade att det är möjligt att framställa grafen från tjära och tjärslam. Inblandning av grafen i processen ökade produktionsutbytet. De experimentella försöken indikerade att tjära är ett bättre tillsatsmaterial för att producera grafen i kvalitetshänseende, men tjärslammet gav ett högre utbyte. Projektet visar på en möjlighet att producera högkvalitativa material från biprodukter och visade prov på kunskap, samarbete, och kompetens, i detta område. För att nå industriell implementering rekommenderas storskaliga försök.

För att få en bred spridning av applikationer för grafen är det viktigt att identifiera viktiga värdekedjor, från lämpliga råmaterial till behovsdrivna slutanvändare. Därför är det avgörande med inblandning från olika industrisegment och –sektorer i arbetet att utöka användandet av grafen.

Abstract in English

From coal tar to graphene - production methods and future areas of use
This preliminary study aims to identify the possibilities for an industrialization project for the production of graphene through coal tar synthesis and to investigate possible areas of use for the produced graphene. Many integrated steelworks have their own coke works in their production facilities. During coke production, large amounts of coal tar is produced as a by-product. Coal tar contains large amounts of carbonrich molecules that could be a valuable raw material in the production of graphene. SSAB and Swerea MEFOS will create a knowledge base and guidance for a future decision on industrialization and use of coal tar as raw material for graphene. The preliminary study is intended to include a systematic literature study, lab-scale experiments, company visits and seminars.

Results
At SSAB Luleå, about 30 kton coal tar and tar pitch is generated per year, and currently they are sold externally as fuel or to make chemicals. Coal tar and tar pitch contains a large amount of carbon-rich molecules.

The investigation results showed that it is possible to produce graphene from coal tar and tar pitch. The use of graphene as seeds in the process will increase the production yield. The experimental work indicated that coal tar is better than tar pitch in terms of graphene quality, but tar pitch has a higher graphene production yield. The project provided us an opportunity to produce the high value product from by-products, and thus the knowledge, cooperation and competence in this area is building up. Large scale experiment tests are recommended towards the final industrial implementation.

To have the wide application of graphene, joint efforts will play an important role on identifying the value chain from the various raw materials to the proper end-users. Thus, involvement of different industry branches and sectors on graphene cognition and utilization is crucial.

Utlysning:
Samverkansprojekt för kommersiella tillämpningar med grafen – våren 2018

Projektpartners: Swerea MEFOS och SSAB EMEA

Projektledare: Swerea MEFOS

E-mail: Chuan.Wang@swerea.se

Bidrag: 300 000 kr

Projektets löptid: 31 maj 2018 - 31 jan. 2019

Relaterade styrkeområden: