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 Er íslenskan að verða gestur í eigin landi? Petra María Ingvaldsdóttir Skoðun Eru áfengiskaup verndandi þáttur? Dagbjört Harðardóttir Skoðun Veist þú hvað „foid“ er? Þorsteinn Siglaugsson Skoðun Hvernig Ráðhúsið var gert að hagsmunaskrifstofu á kostnað almennings Sigurður Sigurðsson Skoðun Hvenær ætlar ríkisstjórnin að hætta að ljúga að sjálfri sér – og okkur? Kristinn Karl Brynjarsson Skoðun Barátta við náttúru og yfirvald Jón Steinar Sæmundsson Skoðun Já, ég styð aðildarviðræður Ólafur Margeirsson Skoðun Skilgreiningarvald mennskunnar Erna Mist Skoðun Fiskurinn, valdið og tilfinningin fyrir fullveldi Karen María Jónsdóttir Skoðun STEM ævintýrið á Íslandi: Lausn við PISA-vandanum eða táknræn stefnumótun? Maren Davíðsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Skilgreiningarvald mennskunnar Erna Mist skrifar Skoðun Dýrasta land heims í nafni sjálfstæðisins Inga Valgerður Henrikssen skrifar Skoðun Hugleiðingar um meðferð á beiðni um DNA rannsókn á mannabeinum í grafreit Lára Magnúsardóttir skrifar Skoðun Hvenær ætlar ríkisstjórnin að hætta að ljúga að sjálfri sér – og okkur? Kristinn Karl Brynjarsson skrifar Skoðun Ef þetta væri barnið þitt Arnar Kjartansson skrifar Skoðun Eru áfengiskaup verndandi þáttur? Dagbjört Harðardóttir skrifar Skoðun Hvenær er maður þjófur og hvenær er maður ekki þjófur? Einar Helgason skrifar Skoðun Gerðu það sem ég segi, ekki það sem ég geri! Guðni Freyr Öfjörð skrifar Skoðun Frá fullveldi til Brussel Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Fögnum Heimsdegi hafsins 8. júní Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Er íslenskan að verða gestur í eigin landi? Petra María Ingvaldsdóttir skrifar Skoðun Barátta við náttúru og yfirvald Jón Steinar Sæmundsson skrifar Skoðun STEM ævintýrið á Íslandi: Lausn við PISA-vandanum eða táknræn stefnumótun? Maren Davíðsdóttir skrifar Skoðun „Mamma, sjáðu, útlendingur!“ – Hvenær hættir maður að vera útlendingur? Valerio Gargiulo skrifar Skoðun Já, ég styð aðildarviðræður Ólafur Margeirsson skrifar Skoðun Veist þú hvað „foid“ er? Þorsteinn Siglaugsson skrifar Skoðun ETS, ESB og EES – Að fá sæti við borðið Dóra Sif Tynes skrifar Skoðun Hvernig Ráðhúsið var gert að hagsmunaskrifstofu á kostnað almennings Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Fiskurinn, valdið og tilfinningin fyrir fullveldi Karen María Jónsdóttir skrifar Skoðun Afskipti Rússlands og ESB: tvöfalt siðferði í nafni lýðræðis Júlíus Valsson skrifar Skoðun Gervigreind nýtist best með mannlegri þekkingu og reynslu Ásgeir Þorgeirsson skrifar Skoðun Skipti engu nema við göngum í ESB Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Svartkimi samfélagsins: Þegar tveir heimar mætast í yfirheyrsluherberginu Davíð Bergmann skrifar Skoðun Þegar sorg verður valdatæki Inga Valgerður Henriksen Bergdal skrifar Skoðun Hvalir éta frá okkur fiskinn? Valgerður Árnadóttir skrifar Skoðun Stígum ölduna saman Víglundur Laxdal skrifar Skoðun Þegar líf er í húfi Jón Gunnar Jónsson skrifar Skoðun Hver á að veita þjónustuna? Sandra B. Franks skrifar Skoðun Getum við lært af Bjarti í Sumarhúsum? Berglind Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Þorgerður leitar ESB-stuðnings úr ótrúlegustu áttum Júlíus Valsson 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.
Hvenær ætlar ríkisstjórnin að hætta að ljúga að sjálfri sér – og okkur? Kristinn Karl Brynjarsson Skoðun
STEM ævintýrið á Íslandi: Lausn við PISA-vandanum eða táknræn stefnumótun? Maren Davíðsdóttir Skoðun
Skoðun Hugleiðingar um meðferð á beiðni um DNA rannsókn á mannabeinum í grafreit Lára Magnúsardóttir skrifar
Skoðun Hvenær ætlar ríkisstjórnin að hætta að ljúga að sjálfri sér – og okkur? Kristinn Karl Brynjarsson skrifar
Skoðun STEM ævintýrið á Íslandi: Lausn við PISA-vandanum eða táknræn stefnumótun? Maren Davíðsdóttir skrifar
Skoðun „Mamma, sjáðu, útlendingur!“ – Hvenær hættir maður að vera útlendingur? Valerio Gargiulo skrifar
Skoðun Hvernig Ráðhúsið var gert að hagsmunaskrifstofu á kostnað almennings Sigurður Sigurðsson skrifar
Skoðun Svartkimi samfélagsins: Þegar tveir heimar mætast í yfirheyrsluherberginu Davíð Bergmann skrifar
Hvenær ætlar ríkisstjórnin að hætta að ljúga að sjálfri sér – og okkur? Kristinn Karl Brynjarsson Skoðun
STEM ævintýrið á Íslandi: Lausn við PISA-vandanum eða táknræn stefnumótun? Maren Davíðsdóttir Skoðun