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? Sendu okkur póst. Senda grein Nýsköpun Nýsköpun og rannsóknir Stóriðja Umhverfismál Mest lesið Vissulega miklu meira en tollabandalag Hjörtur J. Guðmundsson Skoðun Ung hjón á Íslandi eru að kafna – kerfið er að drepa framtíð þeirra Sigurður Sigurðsson Skoðun Ef þetta er ekki þrælahald – hvað er það þá? Ágústa Árnadóttir Skoðun Maðurinn sem ég kynntist í löggunni Þuríður B. Ægisdóttir Skoðun Fjölskyldueinelti, skömmin og Beckham-fjölskyldan Sigríður Svanborgardóttir Skoðun Sterk heilsugæsla um allt land Alma D. Möller,Jón Magnús Kristinsson Skoðun Nýi Landspítalinn: klúður sem enginn þorir lengur að ræða Sigurður Sigurðsson Skoðun Að loka á foreldri er ekki einfaldasta leiðin Sahara Rós Blandon Skoðun Halldór 31.01.26 Halldór Kæra heilbrigðisráðherra, Alma Möller Arnar Helgi Lárusson Skoðun Skoðun Skoðun Framboð sem byggir á trú á Akureyri Berglind Ósk Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Fjölskyldueinelti, skömmin og Beckham-fjölskyldan Sigríður Svanborgardóttir skrifar Skoðun Ung hjón á Íslandi eru að kafna – kerfið er að drepa framtíð þeirra Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Sterk heilsugæsla um allt land Alma D. Möller,Jón Magnús Kristinsson skrifar Skoðun Vissulega miklu meira en tollabandalag Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Gott frumvarp en hverjir komast raunverulega að borðinu? Bogi Ragnarsson skrifar Skoðun María Rut og samkeppnishæfnin Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Að hafa það sem þarf Ragnar Sigurðsson skrifar Skoðun Kjósum mann sem klárar verkin! Róbert Ragnarsson skrifar Skoðun Reykjavíkurborg er ramminn, ekki málverkið Björg Magnúsdóttir skrifar Skoðun Stjórnendur eru brúin – Ísland á að leiða fagmennsku, ekki draga úr henni Nichole Leigh Mosty skrifar Skoðun Bærinn er fólkið Karólína Helga Símonardóttir skrifar Skoðun Verðbólga á Íslandi er ekki slys – hún er afleiðing ákvarðana Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Að læra af fortíðinni Sigurður Helgi Pálmason skrifar Skoðun Jaðardrengirnir okkar Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Kristrún og Mazzucato Stefán Jón Hafstein skrifar Skoðun Þegar alþjóðaviðskipti eru vopnvædd Páll Rafnar Þorsteinsson skrifar Skoðun Að loka á foreldri er ekki einfaldasta leiðin Sahara Rós Blandon skrifar Skoðun Ákvarðanir fyrir framtíðarkynslóðir Sandra Sigurðardóttir skrifar Skoðun Stúka við Kórinn mun skera niður framtíð HK í fótbolta! Ómar Stefánsson skrifar Skoðun Hlúum að hjarta skólans skrifar Skoðun Ef þetta er ekki þrælahald – hvað er það þá? Ágústa Árnadóttir skrifar Skoðun Af hverju þurfa börn að borga í strætó? Sanna Magdalena Mörtudóttir skrifar Skoðun Flóttamannavegurinn er loksins fundinn Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar Skoðun Ríkisborgararéttur – sömu reglur eiga að gilda fyrir alla Katrín Haukdal Magnúsdóttir skrifar Skoðun Hafnarfjörður fyrir fólk á öllum æviskeiðum Helga Björg Loftsdóttir skrifar Skoðun 3,7 milljarða skattalækkun í Hafnarfirði Orri Björnsson skrifar Skoðun Nokkur orð um rekstrarkostnað Arnar Már Jóhannesson,Ásgerður Ágústsdóttir skrifar Skoðun ESB er (enn) ekki varnarbandalag Hallgrímur Oddsson skrifar Skoðun Ekkert styður fullyrðingar um lélegan árangur af Byrjendalæsi Guðmundur Engilbertsson,Gunnar Gíslason,Jenný Gunnbjörnsdóttir,Ragnheiður Lilja Bjarnadóttir,Rannveig Oddsdóttir,Rúnar Sigþórsson 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.
Skoðun Ung hjón á Íslandi eru að kafna – kerfið er að drepa framtíð þeirra Sigurður Sigurðsson skrifar
Skoðun Stjórnendur eru brúin – Ísland á að leiða fagmennsku, ekki draga úr henni Nichole Leigh Mosty skrifar
Skoðun Ríkisborgararéttur – sömu reglur eiga að gilda fyrir alla Katrín Haukdal Magnúsdóttir skrifar
Skoðun Ekkert styður fullyrðingar um lélegan árangur af Byrjendalæsi Guðmundur Engilbertsson,Gunnar Gíslason,Jenný Gunnbjörnsdóttir,Ragnheiður Lilja Bjarnadóttir,Rannveig Oddsdóttir,Rúnar Sigþórsson skrifar