Undersökning och modellering av dynamisk korrosion inducerad av askbeläggningar och påverkad av termiska och kemiska gradienter

Addressing essential material challenges in sustainable energy, this project concentrates on high-temperature corrosion in waste-to-energy and biomass combustion systems, which currently limit operational efficiency. The corrosion issues mainly stem from ash deposits. Still, current research is hindered by two key gaps: reliance on simplified isothermal studies and the absence of comprehensive models that consider dynamic, coupled thermal and chemical gradients across the entire alloy-oxide scale-deposit system. Using a multiscale approach, this project aims to quantitatively clarify these complex, combined corrosion mechanisms. The research is organized into three interconnected experimental work packages (WP1-3) and one advanced modeling work package (WP4). The experimental investigations will employ innovative, gradient-controlled setups: a refined high-temperature method to measure the migration of corrosion products within dense deposits (WP1), a modified setup to evaluate the influence of temperature gradients on low-temperature hygroscopic corrosion (WP2), and a newly built system to analyze ash condensation kinetics on different oxide surfaces (WP3). The extensive data from WP1-3 will provide crucial validation and calibration data for the models. The key scientific innovation is WP4, which will develop a dynamic, multiscale computational model. Building on the PI’s prior work, this model will expand to continuously monitor local phase equilibrium and diffusion across all system interfaces (alloy, oxide scale, corrosion front, and ash deposit) under simultaneous thermal and compositional gradients. This quantitative framework will deliver the first comprehensive description of this complex phenomenon. The results will directly guide material selection, improve component placement in industrial boilers, and ultimately enhance the efficiency and reliability of sustainable thermal conversion processes.

Avfall- och biomassaeldade kraftverk är väsentliga för att uppnå klimatmålen och en cirkulär ekonomi. Deras effektivitet begränsas dock kraftigt av högtemperaturkorrosion. Korrosionen orsakas huvudsakligen av askbelägningar och förstärks av extrema termiska och kemiska gradienter. Detta projekt, som i huvudsak bedrivs vid Åbo Akademi, undersöker de komplexa, dynamiska mekanismer som leder till korrosionen. Vi använder innovativa, specialbyggda reaktorer för att generera nya experimentella data som simulerar industriella förhållanden. Dessa data kommer att användas för att utveckla en avancerad beräkningsmodell för att förutspå när och hur materialen korroderar. Resultaten kommer att göra det möjligt för industrier att välja bättre, mer tillförlitliga material och optimera pannornas drift, vilket direkt ökar effektiviteten, säkerheten och tillförlitligheten i hållbar energiproduktion.