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 Tala aldrei um annað en vextina Hjörtur J. Guðmundsson Skoðun Akranes hefur vaxið hratt – nú er tími til að hlúa að fólkinu Liv Åse Skarstad Skoðun Er íslenskan sjálfsagt mál? Logi Einarsson Skoðun Stefán Einar og helfarirnar Hjálmtýr Heiðdal Skoðun 109 milljarða kostnaður sem fyrirtækin greiða ekki Sigurpáll Ingibergsson Skoðun 96,7 prósent spila án vandkvæða Sigurður G. Guðjónsson Skoðun Þeytivinda í sundlaugina og börnin að heiman Guðmundur Ari Sigurjónsson Skoðun Hver ákveður hver tilheyrir – og hvenær? Jasmina Vajzović Skoðun Smiðurinn, spegillinn og brunarústirnar Davíð Bergmann Skoðun Stafræn sjálfstæðisbarátta Íslands á 21. öldinni. Tungan, sagan og menningin undir Björgmundur Örn Guðmundsson Skoðun Skoðun Skoðun Manstu eftir Nagorno-Karabakh? Birgir Þórarinsson skrifar Skoðun 96,7 prósent spila án vandkvæða Sigurður G. Guðjónsson skrifar Skoðun Smiðurinn, spegillinn og brunarústirnar Davíð Bergmann skrifar Skoðun 109 milljarða kostnaður sem fyrirtækin greiða ekki Sigurpáll Ingibergsson skrifar Skoðun Hver ákveður hver tilheyrir – og hvenær? Jasmina Vajzović skrifar Skoðun Er íslenskan sjálfsagt mál? Logi Einarsson skrifar Skoðun Stafræn sjálfstæðisbarátta Íslands á 21. öldinni. Tungan, sagan og menningin undir Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar Skoðun Tala aldrei um annað en vextina Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Akranes hefur vaxið hratt – nú er tími til að hlúa að fólkinu Liv Åse Skarstad skrifar Skoðun Þeytivinda í sundlaugina og börnin að heiman Guðmundur Ari Sigurjónsson skrifar Skoðun Enga skammsýni í skammdeginu Ágúst Mogensen skrifar Skoðun Þegar barn verður fyrir kynferðisofbeldi Indíana Rós Ægisdóttir skrifar Skoðun Skattfrjáls ráðstöfun séreignarsparnaðar – fyrir alla! Anna María Jónsdóttir skrifar Skoðun Stefán Einar og helfarirnar Hjálmtýr Heiðdal skrifar Skoðun Bréf til varnar Hamlet eftir Kolfinnu Nikulásdóttur Björg Steinunn Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Skaðabótalög – tímabærar breytingar Styrmir Gunnarsson,Sveinbjörn Claessen skrifar Skoðun Hvers vegna? Ingólfur Sverrisson skrifar Skoðun Fúsk við mannvirkjagerð þarf ekki að viðgangast Helga Sigrún Harðardóttir skrifar Skoðun Reykjalundur á tímamótum Sveinn Guðmundsson skrifar Skoðun Bættar samgöngur og betra samfélag í Hafnarfirði Valdimar Víðisson skrifar Skoðun Áhyggjur af breytingum á eftirliti með mannvirkjagerð og faggilding Ágúst Jónsson skrifar Skoðun Snjall notandi, snjallari gervigreind Agnar Burgess skrifar Skoðun Ráð gegn óhugsandi áhættu Hafsteinn Hauksson,Reynir Smári Atlason skrifar Skoðun Forysta í sjálfbærni á bakslagstímum: Sterk gildi eru enn mikilvægari en áður Dr. Andreas Rasche skrifar Skoðun Fimm ára afmæli Batahúss Agnar Bragason skrifar Skoðun Takk! Borghildur Fjóla Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Íslandsklukkan: Markleysa frá upphafi Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Um stöðu íslenskukennslu á Íslandi Kjartan Jónsson skrifar Skoðun Gasa: Löng og torfarin leið til endurreisnar Philippe Lazzarini skrifar Skoðun Pops áttu p? Benedikt S. Benediktsson 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.
Stafræn sjálfstæðisbarátta Íslands á 21. öldinni. Tungan, sagan og menningin undir Björgmundur Örn Guðmundsson Skoðun
Skoðun Stafræn sjálfstæðisbarátta Íslands á 21. öldinni. Tungan, sagan og menningin undir Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar
Skoðun Forysta í sjálfbærni á bakslagstímum: Sterk gildi eru enn mikilvægari en áður Dr. Andreas Rasche skrifar
Stafræn sjálfstæðisbarátta Íslands á 21. öldinni. Tungan, sagan og menningin undir Björgmundur Örn Guðmundsson Skoðun