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 Kynslóðin sem mátti aldrei sýna tilfinningar getur ekki lengur sofið Sigríður Svanborgardóttir Skoðun Gott bú stendur undir sér Róbert Ragnarsson Skoðun Að nota börn til að næra sitt eigið egó Helga Snædal Skoðun Fæðingarorlof fyrir ömmu og afa? Magnea Gná Jóhannsdóttir Skoðun Af þreyttasta frumvarpi íslenskrar þingsögu Árni Guðmundsson Skoðun Mikilvægt er að draga lærdóm af smáíbúðamálinu i Hafnarfirði Árni Rúnar Þorvaldsson Skoðun Skaðabætur frá síðustu öld Hópur lögmanna Skoðun Að byrja á röngum enda – vítahringur vímuefnavanda, afbrota og refsinga Margrét Dís Yeoman Skoðun Börn þurfa úrræði, ekki innantóm loforð Ása Berglind Hjálmarsdóttir Skoðun Ætlum við að fækka bílum eða bara ökumönnum með sjálfkeyrandi bílum? Kristín Hrefna Halldórsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Tengslarof ríkistjórnarinna við atvinnulíf og samfélög á landsbyggðinni Sonja Lind E. Eyglóardóttir skrifar Skoðun Hver pantaði börn með þessu ADHD? Jóna Kristín Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Sniglar á götunni Kristján Logason skrifar Skoðun Kynslóðin sem mátti aldrei sýna tilfinningar getur ekki lengur sofið Sigríður Svanborgardóttir skrifar Skoðun Skipulagið grefur undan séreignarstefnunni – brött brekka fyrir fyrstu kaupendur Sigurður Stefánsson skrifar Skoðun Myrkraverk í Afríku Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Skaðabætur frá síðustu öld Hópur lögmanna skrifar Skoðun Að nota börn til að næra sitt eigið egó Helga Snædal skrifar Skoðun Veitingageiranum var hent undir vagninn Einar Bárðarson skrifar Skoðun Ætlum við að fækka bílum eða bara ökumönnum með sjálfkeyrandi bílum? Kristín Hrefna Halldórsdóttir skrifar Skoðun Úr öskunni í eldinn Ingveldur Anna Sigurðardóttir skrifar Skoðun Hamfarir í hversdagslegum kringumstæðum Sanna Magdalena Mörtudóttir skrifar Skoðun Heimilin eiga ekki alltaf að borga brúsann Alexander M. Árnason skrifar Skoðun Fleiri krónur taldar – fáar nýjar Daði Freyr Ólafsson skrifar Skoðun „The Concert of Three“. Samráð stórveldanna þriggja – ný leið til heimsfriðar? Aðalsteinn Júlíus Magnússon skrifar Skoðun Mikilvægt er að draga lærdóm af smáíbúðamálinu i Hafnarfirði Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar Skoðun Farsælt ferðalag fólks og fisks Heiðrún Lind Marteinsdóttir skrifar Skoðun Orkan í ólgusjó efnahagsmála Tinna Traustadóttir skrifar Skoðun Fæðingarorlof fyrir ömmu og afa? Magnea Gná Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Gott bú stendur undir sér Róbert Ragnarsson skrifar Skoðun Loksins get ég notið þess að vera heima Ingibjörg Dóra Scheving Bjarnadóttir skrifar Skoðun Þegar samþykki virðist verða að ábyrgð brotaþola Herdís Ósk Sveinbjörnsdóttir skrifar Skoðun Sama fötlun en ólík réttindi - Aldurinn ræður úrslitum - Ásta Ólafsdóttir skrifar Skoðun Umskiptingar Flokks fólksins á Alþingi Júlíus Valsson skrifar Skoðun Okkar fé í Heimum Bergur Hauksson skrifar Skoðun Hver ætlar að hjúkra þér? Helga Rósa Másdóttir skrifar Skoðun Er alveg sama hvað Ísland er dýrt? Björn Ragnarsson skrifar Skoðun Krossinn er ekki matseðill Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Við mælum hávaða en mælum við óskýrleikann? Ragnhildur Bjarkadóttir skrifar Skoðun Hvað gerist í síðari hálfleik? Lovísa Oktovía Eyvindsdóttir 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.
Kynslóðin sem mátti aldrei sýna tilfinningar getur ekki lengur sofið Sigríður Svanborgardóttir Skoðun
Að byrja á röngum enda – vítahringur vímuefnavanda, afbrota og refsinga Margrét Dís Yeoman Skoðun
Ætlum við að fækka bílum eða bara ökumönnum með sjálfkeyrandi bílum? Kristín Hrefna Halldórsdóttir Skoðun
Skoðun Tengslarof ríkistjórnarinna við atvinnulíf og samfélög á landsbyggðinni Sonja Lind E. Eyglóardóttir skrifar
Skoðun Kynslóðin sem mátti aldrei sýna tilfinningar getur ekki lengur sofið Sigríður Svanborgardóttir skrifar
Skoðun Skipulagið grefur undan séreignarstefnunni – brött brekka fyrir fyrstu kaupendur Sigurður Stefánsson skrifar
Skoðun Ætlum við að fækka bílum eða bara ökumönnum með sjálfkeyrandi bílum? Kristín Hrefna Halldórsdóttir skrifar
Skoðun „The Concert of Three“. Samráð stórveldanna þriggja – ný leið til heimsfriðar? Aðalsteinn Júlíus Magnússon skrifar
Skoðun Mikilvægt er að draga lærdóm af smáíbúðamálinu i Hafnarfirði Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar
Kynslóðin sem mátti aldrei sýna tilfinningar getur ekki lengur sofið Sigríður Svanborgardóttir Skoðun
Að byrja á röngum enda – vítahringur vímuefnavanda, afbrota og refsinga Margrét Dís Yeoman Skoðun
Ætlum við að fækka bílum eða bara ökumönnum með sjálfkeyrandi bílum? Kristín Hrefna Halldórsdóttir Skoðun