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 Skólamáltíðir í Hafnarfirði. Af hverju bauð enginn í verkið? Davíð Arnar Stefánsson Skoðun Enn ríkir áhugaleysi um afdrif fósturbarna Guðlaugur Kristmundsson,Sigurgeir B. Þórisson Skoðun Er verið að blekkja almenning og sjómenn? Einar Hannes Harðarson Skoðun Ríkissjóður snuðaður um stórar fjárhæðir Sigurjón Þórðarson Skoðun Almenningssamgöngur fyrir útvalda: Áskorun til stjórnar Strætó bs. og Reykjavíkurborgar Þorsteinn Árnason Sürmeli: Skoðun Aðskilnaðurinn hlær Þórdís Hólm Filipsdóttir Skoðun Stóra skekkjan í 13 ára aldurstakmarki samfélagsmiðla Skúli Bragi Geirdal Skoðun Væntingar á villigötum Hjálmtýr Heiðdal Skoðun Lágkúrulegur hversdagsleiki illskunnar Guðný Gústafsdóttir Skoðun Áfengi og íþróttir eiga enga samleið – áskorun til þingfulltrúa UMFÍ Árni Guðmundsson Skoðun Skoðun Skoðun Vegferð menntunar Bryngeir Valdimarsson skrifar Skoðun Almenningssamgöngur fyrir útvalda: Áskorun til stjórnar Strætó bs. og Reykjavíkurborgar Þorsteinn Árnason Sürmeli: skrifar Skoðun Forðumst að sérhagsmunir geti keypt sig til áhrifa í stjórnmálum Arna Lára Jónsdóttir skrifar Skoðun Bætt dagsbirta í Svansvottuðum byggingum Bergþóra Góa Kvaran skrifar Skoðun Skólamáltíðir í Hafnarfirði. Af hverju bauð enginn í verkið? Davíð Arnar Stefánsson skrifar Skoðun Nikótín, konur og krabbamein – gamlar hættur í nýjum búningi Jóhanna Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Frelsi fylgir ábyrgð Eiríkur Björn Björgvinsson skrifar Skoðun Skilningsleysi á skaðsemi verðtryggingar Guðmundur Ásgeirsson skrifar Skoðun Menntakerfi í fremstu röð Guðmundur Ari Sigurjónsson skrifar Skoðun Enn ríkir áhugaleysi um afdrif fósturbarna Guðlaugur Kristmundsson,Sigurgeir B. Þórisson skrifar Skoðun Við viljum nafn Jón Kaldal skrifar Skoðun Stóra skekkjan í 13 ára aldurstakmarki samfélagsmiðla Skúli Bragi Geirdal skrifar Skoðun Er verið að blekkja almenning og sjómenn? Einar Hannes Harðarson skrifar Skoðun Væntingar á villigötum Hjálmtýr Heiðdal skrifar Skoðun Aðskilnaðurinn hlær Þórdís Hólm Filipsdóttir skrifar Skoðun Lágkúrulegur hversdagsleiki illskunnar Guðný Gústafsdóttir skrifar Skoðun Glerþakið brotið á alþjóðlega sjónverndardaginn Sigþór U. Hallfreðsson skrifar Skoðun Fögur fyrirheit sem urðu að engu Sigurður Eyjólfur Sigurjónsson skrifar Skoðun Ríkissjóður snuðaður um stórar fjárhæðir Sigurjón Þórðarson skrifar Skoðun Áfengi og íþróttir eiga enga samleið – áskorun til þingfulltrúa UMFÍ Árni Guðmundsson skrifar Skoðun Lífsskoðunarfélagið Farsæld tekur upp slitinn þráð siðmenntunar Svanur Sigurbjörnsson skrifar Skoðun Ruben Amorim og sveigjanleiki – hugleiðingar sálfræðings Andri Hrafn Sigurðsson skrifar Skoðun Framtíðarsýn í samgöngumálum er mosavaxin Sigurður Páll Jónsson skrifar Skoðun Fimmta iðnbyltingin krefst svara – strax Sigvaldi Einarsson skrifar Skoðun Hefur þú skoðanir? Jóhannes Óli Sveinsson skrifar Skoðun Er hurð bara hurð? Sölvi Breiðfjörð skrifar Skoðun Reykjavíkurmódel á kvennaári Sóley Tómasdóttir skrifar Skoðun Ekki er allt sem sýnist Valerio Gargiulo skrifar Skoðun Sýndu þér umhyggju – Komdu í skimun Ágúst Ingi Ágústsson skrifar Skoðun Eru Bændasamtökin á móti valdeflingu bænda? Ólafur Stephensen 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.
Almenningssamgöngur fyrir útvalda: Áskorun til stjórnar Strætó bs. og Reykjavíkurborgar Þorsteinn Árnason Sürmeli: Skoðun
Skoðun Almenningssamgöngur fyrir útvalda: Áskorun til stjórnar Strætó bs. og Reykjavíkurborgar Þorsteinn Árnason Sürmeli: skrifar
Skoðun Forðumst að sérhagsmunir geti keypt sig til áhrifa í stjórnmálum Arna Lára Jónsdóttir skrifar
Skoðun Nikótín, konur og krabbamein – gamlar hættur í nýjum búningi Jóhanna Kristjánsdóttir skrifar
Skoðun Enn ríkir áhugaleysi um afdrif fósturbarna Guðlaugur Kristmundsson,Sigurgeir B. Þórisson skrifar
Skoðun Áfengi og íþróttir eiga enga samleið – áskorun til þingfulltrúa UMFÍ Árni Guðmundsson skrifar
Skoðun Lífsskoðunarfélagið Farsæld tekur upp slitinn þráð siðmenntunar Svanur Sigurbjörnsson skrifar
Almenningssamgöngur fyrir útvalda: Áskorun til stjórnar Strætó bs. og Reykjavíkurborgar Þorsteinn Árnason Sürmeli: Skoðun