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 Virðum jafnræði fólks og gerum það sem er best fyrir samfélagið í heild Gunnar Axel Axelsson Skoðun Sjögren er miklu meira en augn- og munnþurrkur Hrönn Stefánsdóttir Skoðun Trillukarlinn og ESB Sigurjón Þórðarson Skoðun Verkin tala – en ekki um okkur Nichole Leigh Mosty Skoðun Gerum Ísland betra Finnur Torfi Magnússon Skoðun Auðlindastýring, aflandsfjármagn og hið asymmetríska stríð um 29. ágúst Sigurður Sigurðsson Skoðun Tjakkurinn, ljóstíran og tækifærin Dóra Magnúsdóttir Skoðun Krónan er ekki stríðsminjar – hún er megin ástæðan fyrir hagsæld okkar Eggert Guðmundsson Skoðun Hugsjónir og hagsmunir fara saman Jón Steindór Valdimarsson Skoðun Öryggisvottaðir leikvellir: Úlfur í sauðagæru Davíð Már Sigurðsson Skoðun Skoðun Skoðun Af hámarkshraða og pylsum Sunna G. Sigurðardóttir skrifar Skoðun Sjögren er miklu meira en augn- og munnþurrkur Hrönn Stefánsdóttir skrifar Skoðun Verkin tala – en ekki um okkur Nichole Leigh Mosty skrifar Skoðun Auðlindastýring, aflandsfjármagn og hið asymmetríska stríð um 29. ágúst Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Trillukarlinn og ESB Sigurjón Þórðarson skrifar Skoðun Gerum Ísland betra Finnur Torfi Magnússon skrifar Skoðun Tjakkurinn, ljóstíran og tækifærin Dóra Magnúsdóttir skrifar Skoðun Virðum jafnræði fólks og gerum það sem er best fyrir samfélagið í heild Gunnar Axel Axelsson skrifar Skoðun Krónan er ekki stríðsminjar – hún er megin ástæðan fyrir hagsæld okkar Eggert Guðmundsson skrifar Skoðun Vísindaferð í Brussel eða umsókn um aðild? Kristinn Karl Brynjarsson skrifar Skoðun Arnarnesvegur og varnaðarorð sem voru hunsuð Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Varanlegar undanþágur? Björn Leví Gunnarsson skrifar Skoðun Öryggisvottaðir leikvellir: Úlfur í sauðagæru Davíð Már Sigurðsson skrifar Skoðun Hver ber áfengið heim að dyrum? Arnar Sigurðsson skrifar Skoðun Hugsjónir og hagsmunir fara saman Jón Steindór Valdimarsson skrifar Skoðun Fótbolti og þjóðarmorð eiga ekki samleið Guðrún Sif Friðriksdóttir skrifar Skoðun Bikarveiðar í búningi atvinnurekstrar Atli Sævar Guðmundsson skrifar Skoðun Þegar harður andstæðingur ESB-aðildar í Noregi skipti um skoðun Elvar Örn Arason skrifar Skoðun Undarleg stefna í umræðunni um ESB Guðmunda G. Guðmundsdóttir skrifar Skoðun MBA: Meðvirkni, bómullar- og aumingjavæðing Davíð Bergmann skrifar Skoðun Börn þurfa meira en stærðfræði Aðalheiður Mjöll Þórarinsdóttir skrifar Skoðun Er málflutningur SJÁ samtakanna marktækur? Birgir Finnsson skrifar Skoðun Gjaldmiðill sem aldrei átti að verða til og þjóðin situr enn uppi með Baldur Pétursson skrifar Skoðun Hvernig náum við til ykkar? Guðrún Jónsdóttir skrifar Skoðun Að leggja rækt við tortryggnina Ingólfur Sverrisson skrifar Skoðun Hvernig gat fæðingarþjónustan orðið útundan í stærstu heilbrigðisframkvæmd Íslandssögunnar? Guðrún I. Gunnlaugsdóttir skrifar Skoðun Milli gjörða og gilda býr vonin. Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Áfengi heim að dyrum? Halla Þorvaldsdóttir skrifar Skoðun Barnið vex en Fésbókin ekki Reyn Alpha Magnúsdóttir skrifar Skoðun Eru brotalamir menntakerfisins fyrst að koma upp núna? Þóranna Rósa Ólafsdóttir 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.
Virðum jafnræði fólks og gerum það sem er best fyrir samfélagið í heild Gunnar Axel Axelsson Skoðun
Skoðun Auðlindastýring, aflandsfjármagn og hið asymmetríska stríð um 29. ágúst Sigurður Sigurðsson skrifar
Skoðun Virðum jafnræði fólks og gerum það sem er best fyrir samfélagið í heild Gunnar Axel Axelsson skrifar
Skoðun Krónan er ekki stríðsminjar – hún er megin ástæðan fyrir hagsæld okkar Eggert Guðmundsson skrifar
Skoðun Gjaldmiðill sem aldrei átti að verða til og þjóðin situr enn uppi með Baldur Pétursson skrifar
Skoðun Hvernig gat fæðingarþjónustan orðið útundan í stærstu heilbrigðisframkvæmd Íslandssögunnar? Guðrún I. Gunnlaugsdóttir skrifar
Virðum jafnræði fólks og gerum það sem er best fyrir samfélagið í heild Gunnar Axel Axelsson Skoðun