Grænt ál er okkar mál Andri Ísak Þórhallsson skrifar 29. apríl 2020 10:00 Álframleiðsla í iðnaði Í yfir 130 ár hefur ál (Al) verið framleitt í álverum með „Hall-Hérault“-aðferðinni þar sem súrál (Al2O3) er rafgreint í ál með kolefnisforskautum (C). Koldíoxíð (CO2) og ál (Al) myndast þá samkvæmt efnajöfnunni 2Al2O3 + 3C -> 2Al + 3CO2. Orkan sem þarf í þessa aðferð kemur bæði frá raforku og efnaorku sem losnar við bruna kolefnis. Vegna hnattrænnar hlýnunar eru sífellt gerðar meiri kröfur um að iðnaðarferlar losi minni eða jafnvel engar gróðurhúsalofttegundir. Umhverfisvæn álframleiðsla með óvirkum forskautum Á undanförnum árum hefur íslenska fyrirtækið Arctus Metals ehf. ásamt Nýsköpunarmiðstöð Íslands unnið að þróun álframleiðsluferils þar sem notuð eru rafskaut úr málmblöndu í stað kolefnisforskauta. Efnahvarfi álframleiðsluferilsins er hægt að lýsa með efnajöfnunni Al2O3 -> 2Al + 3O2, en þar sem forskautin taka ekki þátt í efnahvarfinu eru þau sögð vera óvirk. Augljós kostur við þessa nýju framleiðsluaðferð er sá að ekkert koldíoxíð myndast í framleiðsluferlinu, eingöngu ál og súrefni (O2). Það gerir þessa nýju framleiðsluaðferð afar umhverfisvæna. Annar kostur er sá að orkunotkun umhverfisvænnar álframleiðslu er um 20% minni en við hefðbundnar aðferðir vegna þess að orkan sem þarf til að framleiða forskautin er mun minni. Raforkunotkunin í umhverfisvænum álframleiðsluferli gæti verið um 13-14 kWh/kg, sem er svipað og í hefðbundnu „Hall-Héroult“-framleiðsluferli en hefðbundin álframleiðsluferli þurfa auk þess 4 kWh/kg áls aukaorku fyrir framleiðslu á kolaskautum. Ferli nýrrar álvinnsluNýsköpunarmiðstöð Íslands Orkan í álinu Mikil orka fer í framleiðslu áls en hvað skyldi vera hægt að fá mikla orku úr áli með því að brenna það? Miðað við 100% orkunýtni brunans fást um 8,6 kWh úr kg áls en ef miðað er við rúmmál áls er brennsluvarminn 23 kWh/l. Samsvarandi tölur fyrir dísilolíu eru 12 kWh/kg og 9,9 kWh/l. Miðað við rúmmálseiningu er því orkuinnihald áls tvöfalt á við orkuinnihald dísilolíu. Því er ekki furða að margir hafi skoðað kosti þess að nota ál til geymslu á orku sem hægt væri að grípa til þegar þörf er á. Þessi kostur væri enn vænlegri ef hægt væri að framleiða ál án þess að losa gróðurhúsaloftegundir líkt og mögulegt er með óvirkum forskautum. Guðmundur Gunnarsson og Jón Hjaltalín Magnússon við uppsetningu á tilraunadeiglu.Nýsköpunarmiðstöð Íslands Álrafhlöður Orkuna í áli má nýta í svokölluðum álsúrefnis-rafhlöðum þar sem raforka verður til þegar ál hvarfast við súrefni í andrúmsloftinu. Nokkur fyrirtæki eru að þróa þessa tækni, þar á meðal rússneska fyrirtækið AL Technologies sem framleiðir álrafhlöður sem gefa 4 kWh raforku og 4 kWh varma á hvert kg áls sem hvarfast. Á næstu misserum fyrirhugar Nýsköpunarmiðstöð Íslands að hefja samstarf við Al Technologies þar sem skoðaðar verða aðferðir til að endurnýta álhýdroxíðið og framleiða hreint ál að nýju með umhverfisvænum álframleiðsluferli Arctus Metals ehf. Græn hringrás álsins Með því að framleiða ál með óvirkum forskautum og nýta álið í hráefni fyrir orkuframleiðslu og baka loks aukaafurðina álhýdroxíð væri hægt að gera álframleiðslu og orkunýtingarferil með áli algjörlega umhverfisvænan. Höfundur er verkefnastjóri hjá Nýsköpunarmiðstöð Íslands. Þessi grein er hluti af ritröðinni Nýsköpun og rannsóknir sem varpar ljósi á fjölbreyttar vísindarannsóknir og nýsköpunarstarf sem unnið er að hérlendis. Greinarnar eru skrifaðar af starfsmönnum Nýsköpunarmiðstöðvar Íslands og eru úr ársskýrslu miðstöðvarinnar. Nánari upplýsingar um Nýsköpunarmiðstöð Íslands eru á www.nmi.is. Viltu birta grein á Vísi? Kynntu þér reglur ritstjórnar um skoðanagreinar. Senda grein Nýsköpun Nýsköpun og rannsóknir Stóriðja Umhverfismál Mest lesið Álftanes – ný byggð á flóðasvæði Einar Sveinbjörnsson Skoðun Má lækka skatta? Helgi Brynjarsson Skoðun Flokksformaðurinn sem styður þjóðarmorð Hjálmtýr Heiðdal Skoðun „Faðir vor“— Ákall um að afskrifa allar skuldir og lifa í kærleika Sigurvin Lárus Jónsson Skoðun Flott að fá það á hreint, Þorgerður Hjörtur J. Guðmundsson Skoðun Um langa föstudaga, fólk á flótta og konur sem þora Þórhallur Guðmundsson Skoðun Nokkrar staðreyndir um frítt í strætó fyrir börn og ungmenni í Hafnarfirði Árni Rúnar Þorvaldsson Skoðun Kennslutími, kostnaður og árangur – hvað segja gögnin í raun Ómar Örn Magnússon,Linda Heiðarsdóttir,Jón Páll Haraldsson Skoðun „Forsjárdeila“ er ekki sönnunargagn í sakamálarannsókn Sigrún Sif Eyfeld Jóelsdóttir Skoðun Bændur, páskalamb og sjókvíaeldi Jóhann Helgi Stefánsson Skoðun Skoðun Skoðun Markaðsöflin græða meðan börnin tapa Hólmfríður Jennýjar Árnadóttir skrifar Skoðun „Faðir vor“— Ákall um að afskrifa allar skuldir og lifa í kærleika Sigurvin Lárus Jónsson skrifar Skoðun Álftanes – ný byggð á flóðasvæði Einar Sveinbjörnsson skrifar Skoðun Má lækka skatta? Helgi Brynjarsson skrifar Skoðun Um langa föstudaga, fólk á flótta og konur sem þora Þórhallur Guðmundsson skrifar Skoðun Horn í síðu fyrirtækjareksturs Diljá Matthíasardóttir skrifar Skoðun Flokksformaðurinn sem styður þjóðarmorð Hjálmtýr Heiðdal skrifar Skoðun Bændur, páskalamb og sjókvíaeldi Jóhann Helgi Stefánsson skrifar Skoðun Nokkrar staðreyndir um frítt í strætó fyrir börn og ungmenni í Hafnarfirði Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar Skoðun Húsnæðismarkaðurinn á Íslandi: Kerfisvandi – en líka tæknilegt tækifæri Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun „Forsjárdeila“ er ekki sönnunargagn í sakamálarannsókn Sigrún Sif Eyfeld Jóelsdóttir skrifar Skoðun Fæðuöryggi byrjar hér heima Þórarinn Ingi Pétursson skrifar Skoðun Hver ber ábyrgð á heimilisleysi á Íslandi? Bjartur Hrafn Jóhannsson skrifar Skoðun Flott að fá það á hreint, Þorgerður Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Kostnaður við borgarstjórn Reykjavíkur Regína Ásvaldsdóttir skrifar Skoðun Búum við í Norður-Kóreu? Davíð Már Sigurðsson skrifar Skoðun Fyrirframgreiðsla fyrir mannkosti Kári Stefánsson skrifar Skoðun Ekki okkar verðbólga Óskar Hafnfjörð Gunnarsson skrifar Skoðun Vangaveltur blóðmerabónda Heiðar Þór Sigurjónsson skrifar Skoðun Virðisaukaskattur er frábært fyrirbæri! Ásta Kristín Sigurjónsdóttir skrifar Skoðun Lífshlaupið - sterkari og heilbrigðari þjóð Willum Þór Þórsson skrifar Skoðun Dauðarefsing gegn börnum Yousef Tamimi skrifar Skoðun Þarf íþróttamaður að vera áhrifavaldur til að ná árangri? Egill Gunnarsson skrifar Skoðun Fjárfestum í verðmætasköpun Ragnar Sigurðsson skrifar Skoðun Kennslutími, kostnaður og árangur – hvað segja gögnin í raun Ómar Örn Magnússon,Linda Heiðarsdóttir,Jón Páll Haraldsson skrifar Skoðun Tvennt getur verið rétt á sama tíma Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Er aðildarumsókn að ESB eins og hvert annað hefðbundið dægurmálaþras? Gunnar Ármannsson skrifar Skoðun Húsnæðislán eða húsnæðis-lán? Stefán Ómar Stefánsson van Hagen skrifar Skoðun Smámenni Snorri Sturluson skrifar Skoðun Um mannréttindi allra kvenna Tatjana Latinović skrifar Sjá meira
Álframleiðsla í iðnaði Í yfir 130 ár hefur ál (Al) verið framleitt í álverum með „Hall-Hérault“-aðferðinni þar sem súrál (Al2O3) er rafgreint í ál með kolefnisforskautum (C). Koldíoxíð (CO2) og ál (Al) myndast þá samkvæmt efnajöfnunni 2Al2O3 + 3C -> 2Al + 3CO2. Orkan sem þarf í þessa aðferð kemur bæði frá raforku og efnaorku sem losnar við bruna kolefnis. Vegna hnattrænnar hlýnunar eru sífellt gerðar meiri kröfur um að iðnaðarferlar losi minni eða jafnvel engar gróðurhúsalofttegundir. Umhverfisvæn álframleiðsla með óvirkum forskautum Á undanförnum árum hefur íslenska fyrirtækið Arctus Metals ehf. ásamt Nýsköpunarmiðstöð Íslands unnið að þróun álframleiðsluferils þar sem notuð eru rafskaut úr málmblöndu í stað kolefnisforskauta. Efnahvarfi álframleiðsluferilsins er hægt að lýsa með efnajöfnunni Al2O3 -> 2Al + 3O2, en þar sem forskautin taka ekki þátt í efnahvarfinu eru þau sögð vera óvirk. Augljós kostur við þessa nýju framleiðsluaðferð er sá að ekkert koldíoxíð myndast í framleiðsluferlinu, eingöngu ál og súrefni (O2). Það gerir þessa nýju framleiðsluaðferð afar umhverfisvæna. Annar kostur er sá að orkunotkun umhverfisvænnar álframleiðslu er um 20% minni en við hefðbundnar aðferðir vegna þess að orkan sem þarf til að framleiða forskautin er mun minni. Raforkunotkunin í umhverfisvænum álframleiðsluferli gæti verið um 13-14 kWh/kg, sem er svipað og í hefðbundnu „Hall-Héroult“-framleiðsluferli en hefðbundin álframleiðsluferli þurfa auk þess 4 kWh/kg áls aukaorku fyrir framleiðslu á kolaskautum. Ferli nýrrar álvinnsluNýsköpunarmiðstöð Íslands Orkan í álinu Mikil orka fer í framleiðslu áls en hvað skyldi vera hægt að fá mikla orku úr áli með því að brenna það? Miðað við 100% orkunýtni brunans fást um 8,6 kWh úr kg áls en ef miðað er við rúmmál áls er brennsluvarminn 23 kWh/l. Samsvarandi tölur fyrir dísilolíu eru 12 kWh/kg og 9,9 kWh/l. Miðað við rúmmálseiningu er því orkuinnihald áls tvöfalt á við orkuinnihald dísilolíu. Því er ekki furða að margir hafi skoðað kosti þess að nota ál til geymslu á orku sem hægt væri að grípa til þegar þörf er á. Þessi kostur væri enn vænlegri ef hægt væri að framleiða ál án þess að losa gróðurhúsaloftegundir líkt og mögulegt er með óvirkum forskautum. Guðmundur Gunnarsson og Jón Hjaltalín Magnússon við uppsetningu á tilraunadeiglu.Nýsköpunarmiðstöð Íslands Álrafhlöður Orkuna í áli má nýta í svokölluðum álsúrefnis-rafhlöðum þar sem raforka verður til þegar ál hvarfast við súrefni í andrúmsloftinu. Nokkur fyrirtæki eru að þróa þessa tækni, þar á meðal rússneska fyrirtækið AL Technologies sem framleiðir álrafhlöður sem gefa 4 kWh raforku og 4 kWh varma á hvert kg áls sem hvarfast. Á næstu misserum fyrirhugar Nýsköpunarmiðstöð Íslands að hefja samstarf við Al Technologies þar sem skoðaðar verða aðferðir til að endurnýta álhýdroxíðið og framleiða hreint ál að nýju með umhverfisvænum álframleiðsluferli Arctus Metals ehf. Græn hringrás álsins Með því að framleiða ál með óvirkum forskautum og nýta álið í hráefni fyrir orkuframleiðslu og baka loks aukaafurðina álhýdroxíð væri hægt að gera álframleiðslu og orkunýtingarferil með áli algjörlega umhverfisvænan. Höfundur er verkefnastjóri hjá Nýsköpunarmiðstöð Íslands. Þessi grein er hluti af ritröðinni Nýsköpun og rannsóknir sem varpar ljósi á fjölbreyttar vísindarannsóknir og nýsköpunarstarf sem unnið er að hérlendis. Greinarnar eru skrifaðar af starfsmönnum Nýsköpunarmiðstöðvar Íslands og eru úr ársskýrslu miðstöðvarinnar. Nánari upplýsingar um Nýsköpunarmiðstöð Íslands eru á www.nmi.is.
Þessi grein er hluti af ritröðinni Nýsköpun og rannsóknir sem varpar ljósi á fjölbreyttar vísindarannsóknir og nýsköpunarstarf sem unnið er að hérlendis. Greinarnar eru skrifaðar af starfsmönnum Nýsköpunarmiðstöðvar Íslands og eru úr ársskýrslu miðstöðvarinnar. Nánari upplýsingar um Nýsköpunarmiðstöð Íslands eru á www.nmi.is.
Nokkrar staðreyndir um frítt í strætó fyrir börn og ungmenni í Hafnarfirði Árni Rúnar Þorvaldsson Skoðun
Kennslutími, kostnaður og árangur – hvað segja gögnin í raun Ómar Örn Magnússon,Linda Heiðarsdóttir,Jón Páll Haraldsson Skoðun
Skoðun „Faðir vor“— Ákall um að afskrifa allar skuldir og lifa í kærleika Sigurvin Lárus Jónsson skrifar
Skoðun Nokkrar staðreyndir um frítt í strætó fyrir börn og ungmenni í Hafnarfirði Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar
Skoðun Húsnæðismarkaðurinn á Íslandi: Kerfisvandi – en líka tæknilegt tækifæri Sigurður Sigurðsson skrifar
Skoðun „Forsjárdeila“ er ekki sönnunargagn í sakamálarannsókn Sigrún Sif Eyfeld Jóelsdóttir skrifar
Skoðun Kennslutími, kostnaður og árangur – hvað segja gögnin í raun Ómar Örn Magnússon,Linda Heiðarsdóttir,Jón Páll Haraldsson skrifar
Skoðun Er aðildarumsókn að ESB eins og hvert annað hefðbundið dægurmálaþras? Gunnar Ármannsson skrifar
Nokkrar staðreyndir um frítt í strætó fyrir börn og ungmenni í Hafnarfirði Árni Rúnar Þorvaldsson Skoðun
Kennslutími, kostnaður og árangur – hvað segja gögnin í raun Ómar Örn Magnússon,Linda Heiðarsdóttir,Jón Páll Haraldsson Skoðun