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 Dregur til tíðinda Hannes Pétursson Skoðun Spænski draumurinn – Ungt fólk í leit af sól, rólegheitum og eigið fé Hans Birgisson Skoðun Fólkið sem þurrkaði út heilbrigðiseftirlitið Pétur Halldórsson Skoðun Þegar strákar og menn hætta að svara Steindór Þórarinsson Skoðun Millistjórnendur standa frammi fyrir stærstu breytingu vinnumarkaðarins Gísli Rafn Ólafsson Skoðun Upplýsingaóreiða formanns utanríkismálanefndar Erna Bjarnadóttir Skoðun Það er mikið talað um ESB. En hver á Ísland í raun? Valerio Gargiulo Skoðun Sjálfbærni sem drifkraftur verðmætasköpunar Jón Gunnarsson,Sara Júlía Baldvinsdóttir,Helga Margrét Óskarsdóttir,Júlía Huang,Jóhanna Sól Erlendsdóttir,Ólöf Helga Þórmundsdóttir,Alda Marín Jóhannsdóttir,Jóna Rut Vignir,Pétur Melax,Rakel Sara Magnúsdóttir Skoðun Þú þarft ekki samninginn til að sjá það sem mestu skiptir Daði Freyr Ólafsson Skoðun Kjósa Íslendingar með fótunum? Hjálmar Vilhjálmsson Skoðun Skoðun Skoðun Fólkið sem þurrkaði út heilbrigðiseftirlitið Pétur Halldórsson skrifar Skoðun Sjálfbærni sem drifkraftur verðmætasköpunar Jón Gunnarsson,Sara Júlía Baldvinsdóttir,Helga Margrét Óskarsdóttir,Júlía Huang,Jóhanna Sól Erlendsdóttir,Ólöf Helga Þórmundsdóttir,Alda Marín Jóhannsdóttir,Jóna Rut Vignir,Pétur Melax,Rakel Sara Magnúsdóttir skrifar Skoðun Upplýsingaóreiða formanns utanríkismálanefndar Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Millistjórnendur standa frammi fyrir stærstu breytingu vinnumarkaðarins Gísli Rafn Ólafsson skrifar Skoðun Framtíð menntastofnana á Akureyri varðar okkur öll Berglind Ósk Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Vex Ísland í eina átt? Hjálmar Bogi Hafliðason skrifar Skoðun Dregur til tíðinda Hannes Pétursson skrifar Skoðun Þegar strákar og menn hætta að svara Steindór Þórarinsson skrifar Skoðun Mikilvægir áfangar í orkumálum Vestfjarða Arna Lára Jónsdóttir skrifar Skoðun Spænski draumurinn – Ungt fólk í leit af sól, rólegheitum og eigið fé Hans Birgisson skrifar Skoðun Gervigreind í ráðningum - stuðningur eða staðgengill? Helga Jóhanna Oddsdóttir skrifar Skoðun Opinber gögn eru þjóðarauðlind – ríkið verður að mynda eigið mállíkan Haukur Arnþórsson skrifar Skoðun Hraðtíska kallar á aðgerðir Norðurlanda Bryndís Haraldsdóttir skrifar Skoðun Fíllinn í stofunni Eldur Smári Kristinsson skrifar Skoðun Framtíð heilbrigðisþjónustu á Akureyri er í sjónmáli Sindri S. Kristjánsson skrifar Skoðun Engar formlegar aðlögunarviðræður við ESB mögulegar án umsóknar Íslands um aðild Júlíus Valsson skrifar Skoðun Þú þarft ekki samninginn til að sjá það sem mestu skiptir Daði Freyr Ólafsson skrifar Skoðun Þegar orðaslagurinn stríðir við þjóðarsálina Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Gervigreind er ekki sjálfkrafa góð eða slæm. Hún er alin upp Helgi S. Karlsson skrifar Skoðun Það er mikið talað um ESB. En hver á Ísland í raun? Valerio Gargiulo skrifar Skoðun Kjósa Íslendingar með fótunum? Hjálmar Vilhjálmsson skrifar Skoðun Þegar Alþingi virkar fyrir Ísland Guðmundur Ari Sigurjónsson skrifar Skoðun Lítil þjóð, stór tækifæri Þórður Birgisson skrifar Skoðun Hvalveiðar – þjóðarskömm sem verður að heyra sögunni til Helgi Felixson skrifar Skoðun Þjóðargersemi Ebba Margrét Magnúsdóttir skrifar Skoðun Sæti við borðið – eða sæti á ganginum? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Ég vil ráða mínu sumarfríi Magnea Gná Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Mannmiðjuvillan og dýradráp Íslendinga Rósa Líf Darradóttir skrifar Skoðun Stóra Stjórnarskrármálið Guðmunda G. Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Hverjir fá sætin við borðið? Diljá Mist Einarsdóttir 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.
Millistjórnendur standa frammi fyrir stærstu breytingu vinnumarkaðarins Gísli Rafn Ólafsson Skoðun
Sjálfbærni sem drifkraftur verðmætasköpunar Jón Gunnarsson,Sara Júlía Baldvinsdóttir,Helga Margrét Óskarsdóttir,Júlía Huang,Jóhanna Sól Erlendsdóttir,Ólöf Helga Þórmundsdóttir,Alda Marín Jóhannsdóttir,Jóna Rut Vignir,Pétur Melax,Rakel Sara Magnúsdóttir Skoðun
Skoðun Sjálfbærni sem drifkraftur verðmætasköpunar Jón Gunnarsson,Sara Júlía Baldvinsdóttir,Helga Margrét Óskarsdóttir,Júlía Huang,Jóhanna Sól Erlendsdóttir,Ólöf Helga Þórmundsdóttir,Alda Marín Jóhannsdóttir,Jóna Rut Vignir,Pétur Melax,Rakel Sara Magnúsdóttir skrifar
Skoðun Millistjórnendur standa frammi fyrir stærstu breytingu vinnumarkaðarins Gísli Rafn Ólafsson skrifar
Skoðun Spænski draumurinn – Ungt fólk í leit af sól, rólegheitum og eigið fé Hans Birgisson skrifar
Skoðun Opinber gögn eru þjóðarauðlind – ríkið verður að mynda eigið mállíkan Haukur Arnþórsson skrifar
Skoðun Engar formlegar aðlögunarviðræður við ESB mögulegar án umsóknar Íslands um aðild Júlíus Valsson skrifar
Millistjórnendur standa frammi fyrir stærstu breytingu vinnumarkaðarins Gísli Rafn Ólafsson Skoðun
Sjálfbærni sem drifkraftur verðmætasköpunar Jón Gunnarsson,Sara Júlía Baldvinsdóttir,Helga Margrét Óskarsdóttir,Júlía Huang,Jóhanna Sól Erlendsdóttir,Ólöf Helga Þórmundsdóttir,Alda Marín Jóhannsdóttir,Jóna Rut Vignir,Pétur Melax,Rakel Sara Magnúsdóttir Skoðun