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 Slaufun, skautun, skömmun Örn Bárður Jónsson Skoðun Hvað segja hin 20.000 fyrirtækin? Andrés Magnússon,Hrund Rudolfsdóttir,Margrét Kristmannsdóttir Skoðun Almenningur ákveður 29. ágúst hvort vextir verða 3–4% eða 8–9% og áhætta þjóðarinnar verði mikil eða lítil næstu 30 árin Baldur Pétursson Skoðun Verðbólgan er stærsti einstaki uppruni hagnaðar á Íslandi Egill Almar Ágústsson Skoðun Að skilja, eða skilja ekki, umræðuna Lúðvík Bergvinsson Skoðun NEI! Atlaga að lýðræði og svipting kosningaréttar Magnús Jónsson Skoðun Grein fyrir óákveðna kjósendur og nei-sinna Magnea Marinósdóttir Skoðun „Vilja til að ganga í Evrópusambandið“ Hjörtur J. Guðmundsson Skoðun Fullveldi þjóðar og frelsi einstaklings Pétur B. Sveinsson Skoðun Er Marta Kos einnig að plata?.. en það má ekki plata Júlíus Valsson Skoðun Skoðun Skoðun Kerfislægt virðingarleysi – Þegar sparað er í velferð en verðmæti sameignar renna annað Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Rífum í lóðin Karólína Helga Símonardóttir skrifar Skoðun Maðurinn einn er ei nema hálfur – með öðrum er hann meiri en hann sjálfur Kristín Bjarnadóttir skrifar Skoðun Slaufun, skautun, skömmun Örn Bárður Jónsson skrifar Skoðun When Path Dependence Becomes an Argument for Saying No Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Grein fyrir óákveðna kjósendur og nei-sinna Magnea Marinósdóttir skrifar Skoðun Fullveldi þjóðar og frelsi einstaklings Pétur B. Sveinsson skrifar Skoðun „Vilja til að ganga í Evrópusambandið“ Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Almenningur ákveður 29. ágúst hvort vextir verða 3–4% eða 8–9% og áhætta þjóðarinnar verði mikil eða lítil næstu 30 árin Baldur Pétursson skrifar Skoðun Að skilja, eða skilja ekki, umræðuna Lúðvík Bergvinsson skrifar Skoðun NEI! Atlaga að lýðræði og svipting kosningaréttar Magnús Jónsson skrifar Skoðun Verðbólgan er stærsti einstaki uppruni hagnaðar á Íslandi Egill Almar Ágústsson skrifar Skoðun Hvað segja hin 20.000 fyrirtækin? Andrés Magnússon,Hrund Rudolfsdóttir,Margrét Kristmannsdóttir skrifar Skoðun Síli veidd í skólpi Jónas Már Torfason ,Eydís Inga Valsdóttir skrifar Skoðun Er Marta Kos einnig að plata?.. en það má ekki plata Júlíus Valsson skrifar Skoðun Ég skil ekki nei fólk Einar Steinþórsson skrifar Skoðun Heildarkostnaður aðildarviðræðna gæti samsvarað 300–700 kr. á mann á mánuði Valur Þráinsson skrifar Skoðun Erfingjar og erfðarmál Guðmunda G. Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Þögnin rofin Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Fullveldi, yfirþjóðlegar stofnanir og jafnræðisgrundvöllur í Evrópu Maximilian Conrad skrifar Skoðun Fimmtugt er ekki biðstofa Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Horfum á heildarmyndina – og til lengri tíma Kolbrún Halldórsdóttir skrifar Skoðun Hvar hefur 400.000 manna þjóð mest áhrif? Baldur Johnsen skrifar Skoðun Hvernig ákveður þjóð sig? - Samhygð á undanhaldi Davíð Brynjar Sigurjónsson skrifar Skoðun Siðferðiskirtillinn Jón Bragi Gunnlaugsson skrifar Skoðun Spörum milljarða Lárus Blöndal Sigurðsson skrifar Skoðun Drottningaviðtal – þegar ein rödd fær sviðið Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Þegar náttúran verður okkur framandi Guðný Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Þurfum við kreatín og prótín sem bætiefni? Jóhanna Eyrún Torfadóttir,Dögg Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Af hverju aðildarviðræður? Björn Leví Gunnarsson 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.
Hvað segja hin 20.000 fyrirtækin? Andrés Magnússon,Hrund Rudolfsdóttir,Margrét Kristmannsdóttir Skoðun
Almenningur ákveður 29. ágúst hvort vextir verða 3–4% eða 8–9% og áhætta þjóðarinnar verði mikil eða lítil næstu 30 árin Baldur Pétursson Skoðun
Skoðun Kerfislægt virðingarleysi – Þegar sparað er í velferð en verðmæti sameignar renna annað Sigurður Sigurðsson skrifar
Skoðun Maðurinn einn er ei nema hálfur – með öðrum er hann meiri en hann sjálfur Kristín Bjarnadóttir skrifar
Skoðun Almenningur ákveður 29. ágúst hvort vextir verða 3–4% eða 8–9% og áhætta þjóðarinnar verði mikil eða lítil næstu 30 árin Baldur Pétursson skrifar
Skoðun Hvað segja hin 20.000 fyrirtækin? Andrés Magnússon,Hrund Rudolfsdóttir,Margrét Kristmannsdóttir skrifar
Skoðun Heildarkostnaður aðildarviðræðna gæti samsvarað 300–700 kr. á mann á mánuði Valur Þráinsson skrifar
Skoðun Fullveldi, yfirþjóðlegar stofnanir og jafnræðisgrundvöllur í Evrópu Maximilian Conrad skrifar
Skoðun Þurfum við kreatín og prótín sem bætiefni? Jóhanna Eyrún Torfadóttir,Dögg Guðmundsdóttir skrifar
Hvað segja hin 20.000 fyrirtækin? Andrés Magnússon,Hrund Rudolfsdóttir,Margrét Kristmannsdóttir Skoðun
Almenningur ákveður 29. ágúst hvort vextir verða 3–4% eða 8–9% og áhætta þjóðarinnar verði mikil eða lítil næstu 30 árin Baldur Pétursson Skoðun