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 Sumar án aðgerða Halla Gunnarsdóttir,Jakob Tryggvason,Andri Reyr Haraldsson,Eiður Stefánsson,Gunnar Sigurðsson,Óskar Hafnfjörð Gunnarsson Skoðun Þjóðinni er að blæða út – og þetta á bara að reddast Vilhelm Jónsson Skoðun Mannréttindi eru ekki gjöf stjórnvalda Jón Þorsteinn Sigurðsson Skoðun Pólitískir vindhanar sem vilja nú hafa afstöðu af þjóð Þórður Snær Júlíusson Skoðun Einkunnir sem ekki er hægt að treysta og foreldrar sem eiga að bera ábyrgð Sigvaldi Egill Lárusson Skoðun Ástæður þess að ég kýs NEI þann 29. ágúst Sigurður P. Sigmundsson Skoðun Hversu lengi eigum við að bíða? Kristín María Birgisdóttir Skoðun Ég ætla að treysta komandi kynslóðum Margrét Sveinsdóttir Skoðun Hörmuleg húsnæðisstaða ungs fólks á Íslandi Yngvi Ómar Sigrúnarson Skoðun „Við hefðum aldrei átt að ganga í ESB,“ sagði engin þjóð aldrei Eiríkur Ragnarsson Skoðun Skoðun Skoðun Hvar eigum við heima? Martha Árnadóttir skrifar Skoðun Já er uppgjöf og Nei er ekki nóg Ágústa Árnadóttir skrifar Skoðun Hversu lengi eigum við að bíða? Kristín María Birgisdóttir skrifar Skoðun Akkeri og trygging fyrir Ísland Gunnar Örn Gunnarsson skrifar Skoðun Afborgunarlaus lán eru ekki neyðarúrræði – svar við dritdreifingu Halldór Jörgen Olesen skrifar Skoðun Hörmuleg húsnæðisstaða ungs fólks á Íslandi Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar Skoðun Mannréttindi eru ekki gjöf stjórnvalda Jón Þorsteinn Sigurðsson skrifar Skoðun Heilsuspillandi aðbúnaður fanga er dýrt stjórnunarlegt fúsk Sævar Þór Jónsson skrifar Skoðun 29. ágúst ‒ Fullveldið endurheimt? Jean-Rémi Chareyre skrifar Skoðun Fyrsta jáið skiptir máli Gunnar Ármannsson skrifar Skoðun Atvinnulífið ætti að vilja sjá samninginn Margrét Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Upplýsingaóreiðan sem enginn virðist ætla að uppræta – opin spurning til Þorgerðar Hnikarr Bjarmi Franklínsson skrifar Skoðun Einkunnir sem ekki er hægt að treysta og foreldrar sem eiga að bera ábyrgð Sigvaldi Egill Lárusson skrifar Skoðun Endalok einkalífsins: Hið alsjáandi auga Finnur Ágúst Ingimundarson skrifar Skoðun Að semja gegn sjálfum sér Gísli Hjálmtýsson skrifar Skoðun Ástæður þess að ég kýs NEI þann 29. ágúst Sigurður P. Sigmundsson skrifar Skoðun Heimurinn brennur minna – en það er aðeins hálf sagan sögð hjá Lomborg Haukur Logi Jóhannsson skrifar Skoðun Ég ætla að treysta komandi kynslóðum Margrét Sveinsdóttir skrifar Skoðun Hvernig er að eiga sæti við borðið Ásta Guðrún Helgadóttir skrifar Skoðun Sumar án aðgerða Halla Gunnarsdóttir,Jakob Tryggvason,Andri Reyr Haraldsson,Eiður Stefánsson,Gunnar Sigurðsson,Óskar Hafnfjörð Gunnarsson skrifar Skoðun Þjóðinni er að blæða út – og þetta á bara að reddast Vilhelm Jónsson skrifar Skoðun Hörmuleg húsnæðisstaða ungs fólks í ESB Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Pólitískir vindhanar sem vilja nú hafa afstöðu af þjóð Þórður Snær Júlíusson skrifar Skoðun „Við hefðum aldrei átt að ganga í ESB,“ sagði engin þjóð aldrei Eiríkur Ragnarsson skrifar Skoðun Bandaríkin Gunnar Björgvinsson skrifar Skoðun Bollaleggingar Sigurður Kári Kristjánsson skrifar Skoðun Höggdeyfir fyrir hverja? Jóhann Páll Jóhannsson skrifar Skoðun Ísland, já takk Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun Já-sjá leiðir til Já-já Guðmundur Edgarsson skrifar Skoðun Hvernig tryggjum við börnum okkar framtíð á Íslandi? Þorvaldur Ingi Jónsson 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.
Sumar án aðgerða Halla Gunnarsdóttir,Jakob Tryggvason,Andri Reyr Haraldsson,Eiður Stefánsson,Gunnar Sigurðsson,Óskar Hafnfjörð Gunnarsson Skoðun
Einkunnir sem ekki er hægt að treysta og foreldrar sem eiga að bera ábyrgð Sigvaldi Egill Lárusson Skoðun
Skoðun Afborgunarlaus lán eru ekki neyðarúrræði – svar við dritdreifingu Halldór Jörgen Olesen skrifar
Skoðun Upplýsingaóreiðan sem enginn virðist ætla að uppræta – opin spurning til Þorgerðar Hnikarr Bjarmi Franklínsson skrifar
Skoðun Einkunnir sem ekki er hægt að treysta og foreldrar sem eiga að bera ábyrgð Sigvaldi Egill Lárusson skrifar
Skoðun Heimurinn brennur minna – en það er aðeins hálf sagan sögð hjá Lomborg Haukur Logi Jóhannsson skrifar
Skoðun Sumar án aðgerða Halla Gunnarsdóttir,Jakob Tryggvason,Andri Reyr Haraldsson,Eiður Stefánsson,Gunnar Sigurðsson,Óskar Hafnfjörð Gunnarsson skrifar
Sumar án aðgerða Halla Gunnarsdóttir,Jakob Tryggvason,Andri Reyr Haraldsson,Eiður Stefánsson,Gunnar Sigurðsson,Óskar Hafnfjörð Gunnarsson Skoðun
Einkunnir sem ekki er hægt að treysta og foreldrar sem eiga að bera ábyrgð Sigvaldi Egill Lárusson Skoðun