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 „Ég ætlaði aldrei að hætta í útgerð“ Sigurgeir B. Kristgeirsson Skoðun Síbrotaferill ríkislögreglustjóra Einar Steingrímsson Skoðun 4.865 börn sem bíða í allt að fjögur ár Ragnheiður Dagný Bjarnadóttir Skoðun Að vera húsbyggjandi Hilmar Freyr Gunnarsson Skoðun Hvað var RÚV að hvítþvo – og til hvers? Hilmar Kristinsson Skoðun Þegar Evrópa fer á hnén og kallar það vináttu Steinunn Ólína Þorsteinsdóttir Skoðun RÚV brýtur á börnum Guðbjörg Hildur Kolbeins Skoðun Hærri vörugjöld, lægri samkeppnishæfni Arnar Þór Hafsteinsson Skoðun Frjósemisvandi – samfélagsleg ábyrgð og stuðningur María Rut Baldursdóttir,Sigríður Auðunsdóttir Skoðun Hvers virði er ég ? Rakel Linda Kristjánsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun „Sofðu rótt í alla nótt“ – Um stöðu íslenskunnar, lestrarmenningu og ákall til okkar sjálfra Gunnar Már Gunnarsson skrifar Skoðun Í hvað á orkan að fara? Hallgrímur Óskarsson skrifar Skoðun Vegatálmar á skólagöngunni Birna Þórarinsdóttir skrifar Skoðun Þegar Evrópa fer á hnén og kallar það vináttu Steinunn Ólína Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Hvað var RÚV að hvítþvo – og til hvers? Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Stjórnvöld mega ekki klúðra nýju vaxtaviðmiði Bogi Ragnarsson skrifar Skoðun Að vera húsbyggjandi Hilmar Freyr Gunnarsson skrifar Skoðun Hærri vörugjöld, lægri samkeppnishæfni Arnar Þór Hafsteinsson skrifar Skoðun Að einfalda veruleikann og breyta öllu í pólitískt fóður Martha Árnadóttir skrifar Skoðun Tími til kominn Berglind Friðriksdóttir,Gunnsteinn R. Ómarsson,Hrönn Guðmundsdóttir,Sigfús Benóný Harðarson,Vilhjálmur Baldur Guðmundsson skrifar Skoðun Hvers virði er ég ? Rakel Linda Kristjánsdóttir skrifar Skoðun RÚV brýtur á börnum Guðbjörg Hildur Kolbeins skrifar Skoðun Framtíðarsýn Íslands: Raunsæ tækni, græn orka og friður fyrir hugann Sigvaldi Einarsson skrifar Skoðun „Ég ætlaði aldrei að hætta í útgerð“ Sigurgeir B. Kristgeirsson skrifar Skoðun Frjósemisvandi – samfélagsleg ábyrgð og stuðningur María Rut Baldursdóttir,Sigríður Auðunsdóttir skrifar Skoðun Ríkisstjórnin fellir niður jafnrétti íþrótta og gerir vont verra Unnar Már Magnússon skrifar Skoðun 4.865 börn sem bíða í allt að fjögur ár Ragnheiður Dagný Bjarnadóttir skrifar Skoðun Gellupólitík Hlédís Maren Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Ísland þarf að tilnefna fulltrúa í European SET Plan Ester Halldórsdóttir skrifar Skoðun Vitundarvakning um ófrjósemi: Þekking á frjósemi er ekki lúxus – hún er lífsnauðsyn María Rut Baldursdóttir skrifar 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 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.
Frjósemisvandi – samfélagsleg ábyrgð og stuðningur María Rut Baldursdóttir,Sigríður Auðunsdóttir Skoðun
Skoðun „Sofðu rótt í alla nótt“ – Um stöðu íslenskunnar, lestrarmenningu og ákall til okkar sjálfra Gunnar Már Gunnarsson skrifar
Skoðun Tími til kominn Berglind Friðriksdóttir,Gunnsteinn R. Ómarsson,Hrönn Guðmundsdóttir,Sigfús Benóný Harðarson,Vilhjálmur Baldur Guðmundsson skrifar
Skoðun Framtíðarsýn Íslands: Raunsæ tækni, græn orka og friður fyrir hugann Sigvaldi Einarsson skrifar
Skoðun Frjósemisvandi – samfélagsleg ábyrgð og stuðningur María Rut Baldursdóttir,Sigríður Auðunsdóttir skrifar
Skoðun Ríkisstjórnin fellir niður jafnrétti íþrótta og gerir vont verra Unnar Már Magnússon skrifar
Skoðun Vitundarvakning um ófrjósemi: Þekking á frjósemi er ekki lúxus – hún er lífsnauðsyn María Rut Baldursdóttir skrifar
Skoðun Heimilisofbeldi er ekki einkamál – hugleiðing fyrrverandi lögreglumanns Sigurður Árni Reynisson skrifar
Frjósemisvandi – samfélagsleg ábyrgð og stuðningur María Rut Baldursdóttir,Sigríður Auðunsdóttir Skoðun