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 Síbrotaferill ríkislögreglustjóra Einar Steingrímsson Skoðun Heimilisofbeldi er ekki einkamál – hugleiðing fyrrverandi lögreglumanns Sigurður Árni Reynisson Skoðun Velkomin á fjórðu vaktina Árný Ingvarsdóttir Skoðun Hvers virði er framtíðin? Um olíuleit við Ísland Jóhanna Malen Skúladóttir Skoðun Varaflugvallagjaldið og flugöryggi Njáll Trausti Friðbertsson Skoðun Fjölmiðlar í kreppu Stefán Jón Hafstein Skoðun Halldór 01.11.25 Halldór Martin bakari flýgur heim með látum frá leikvelli auðmanna í Vatnsmýrinni Daði Rafnsson,Haukur Magnússon,Kristján Vigfússon,Margrét Manda Jónsdóttir Skoðun Hefur þú tíma? Ósk Kristinsdóttir Skoðun Hálfrar aldar svívirða Stefán Pálsson Skoðun Skoðun Skoðun Síbrotaferill ríkislögreglustjóra Einar Steingrímsson skrifar Skoðun Velkomin á fjórðu vaktina Árný Ingvarsdóttir skrifar Skoðun Hvers virði er framtíðin? Um olíuleit við Ísland Jóhanna Malen Skúladóttir skrifar Skoðun Vísvitandi verið að skaða atvinnulífið? Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Varaflugvallagjaldið og flugöryggi Njáll Trausti Friðbertsson skrifar Skoðun Heimilisofbeldi er ekki einkamál – hugleiðing fyrrverandi lögreglumanns Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Á rauðu ljósi í Reykjavík Einar Sveinbjörn Guðmundsson skrifar Skoðun Hefur þú tíma? Ósk Kristinsdóttir skrifar Skoðun Heilnæm fæða – íslenskur landbúnaður er grunnur öryggis okkar Ragnar Rögnvaldsson skrifar Skoðun Arnaldarvísitalan Starri Reynisson skrifar Skoðun Fjölmiðlar í kreppu Stefán Jón Hafstein skrifar Skoðun Dauðsföll í Gaza-stríðinu og Mogginn Egill Þórir Einarsson skrifar Skoðun Eyðum óvissunni Stefán Vagn Stefánsson skrifar Skoðun Opinberi geirinn og stjórnunarráðgjafar: ástarsaga Adeel Akmal skrifar Skoðun Ættbálkahegðun á stafrænu formi Martha Árnadóttir skrifar Skoðun Kirkjurnar standa en stoðirnar eru sveltar Anton Guðmundsson skrifar Skoðun Martin bakari flýgur heim með látum frá leikvelli auðmanna í Vatnsmýrinni Daði Rafnsson,Haukur Magnússon,Kristján Vigfússon,Margrét Manda Jónsdóttir skrifar Skoðun Stytta þarf veiðitíma svartfugla strax Hólmfríður Arnardóttir,Helga Ögmundardóttir skrifar Skoðun Hver greiðir fyrir breytingarnar? Svanfríður G. Bergvinsdóttir skrifar Skoðun Um Liverpool, Diogo Jota, áföll og sorgina – hugleiðingar sálfræðings Andri Hrafn Sigurðsson skrifar Skoðun Stöndum vörð um Héraðsvötnin! Rakel Hinriksdóttir skrifar Skoðun Við erum búin að missa tökin Ása Berglind Hjálmarsdóttir skrifar Skoðun Hjúkrunarheimili í Þorlákshöfn Gestur Þór Kristjánsson,Sigurbjörg Jenný Jónsdóttir,Grétar Ingi Erlendsson,Erla Sif Markúsdóttir skrifar Skoðun Stöðug uppbygging orkuinnviða Adrian Pike,Bjarni Þórður Bjarnason,Tómas Már Sigurðsson skrifar Skoðun Rýr húsnæðispakki Magnea Gná Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Hrekkjavaka á Landakoti Kristófer Ingi Svavarsson skrifar Skoðun Óvenjulegt fólk Helgi Brynjarsson skrifar Skoðun Hálfrar aldar svívirða Stefán Pálsson skrifar Skoðun $€tjum í$lensku á (mat) $€ðilinn! Ólafur Guðsteinn Kristjánsson skrifar Skoðun Minna tal, meiri uppbygging Guðrún Hafsteinsdóttir 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.
Heimilisofbeldi er ekki einkamál – hugleiðing fyrrverandi lögreglumanns Sigurður Árni Reynisson Skoðun
Martin bakari flýgur heim með látum frá leikvelli auðmanna í Vatnsmýrinni Daði Rafnsson,Haukur Magnússon,Kristján Vigfússon,Margrét Manda Jónsdóttir Skoðun
Skoðun Heimilisofbeldi er ekki einkamál – hugleiðing fyrrverandi lögreglumanns Sigurður Árni Reynisson skrifar
Skoðun Martin bakari flýgur heim með látum frá leikvelli auðmanna í Vatnsmýrinni Daði Rafnsson,Haukur Magnússon,Kristján Vigfússon,Margrét Manda Jónsdóttir skrifar
Skoðun Um Liverpool, Diogo Jota, áföll og sorgina – hugleiðingar sálfræðings Andri Hrafn Sigurðsson skrifar
Skoðun Hjúkrunarheimili í Þorlákshöfn Gestur Þór Kristjánsson,Sigurbjörg Jenný Jónsdóttir,Grétar Ingi Erlendsson,Erla Sif Markúsdóttir skrifar
Skoðun Stöðug uppbygging orkuinnviða Adrian Pike,Bjarni Þórður Bjarnason,Tómas Már Sigurðsson skrifar
Heimilisofbeldi er ekki einkamál – hugleiðing fyrrverandi lögreglumanns Sigurður Árni Reynisson Skoðun
Martin bakari flýgur heim með látum frá leikvelli auðmanna í Vatnsmýrinni Daði Rafnsson,Haukur Magnússon,Kristján Vigfússon,Margrét Manda Jónsdóttir Skoðun