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 Fremst í yfirbyggingu Lísbet Sigurðardóttir Skoðun Opið bréf til Ingu Sæland Skoðun Hér er fúsk, um fúsk, frá fúski til fúsks Benedikta Guðrún Svavarsdóttir Skoðun Hvað er áminningarskylda? Hrafnhildur Kristinsdóttir Skoðun Litla gula hænan biður Ingu Sæland um að vanda sig, fjöregg þjóðarinnar er í húfi Rakel Linda Kristjánsdóttir Skoðun Brennum bækur! Henry Alexander Henrysson Skoðun Hvernig á ekki að nota gervigreind! Karl Thoroddsen Skoðun Gestalisti elítunnar Óðinn Freyr Baldursson Skoðun Amma er farin í „sveitina”… Bryndís Rut Logadóttir Skoðun Er ekki komið nóg af þessum mannréttindum? Olga Margrét Cilia Skoðun Skoðun Skoðun Kerfisbreytingar mega ekki bitna á börnum Steinunn Bergmann skrifar Skoðun Þeir fiska sem róa Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Gerum hlutina almennilega! Óðinn Svan Óðinsson,Geir Kristinn Aðalsteinsson skrifar Skoðun Syrtir að í sögu Hóla í Hjaltadal Hjalti Pálsson frá Hofi skrifar Skoðun Óseðjandi útvistunarblæti Samfylkingar og Vinstrisins (1/3) Guðröður Atli Jónsson skrifar Skoðun Hér er fúsk, um fúsk, frá fúski til fúsks Benedikta Guðrún Svavarsdóttir skrifar Skoðun Litla gula hænan biður Ingu Sæland um að vanda sig, fjöregg þjóðarinnar er í húfi Rakel Linda Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Amma er farin í „sveitina”… Bryndís Rut Logadóttir skrifar Skoðun Brennum bækur! Henry Alexander Henrysson skrifar Skoðun Hvað er áminningarskylda? Hrafnhildur Kristinsdóttir skrifar Skoðun Mætti vera sammála sjálfum sér Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Gestalisti elítunnar Óðinn Freyr Baldursson skrifar Skoðun Hvernig á ekki að nota gervigreind! Karl Thoroddsen skrifar Skoðun Fremst í yfirbyggingu Lísbet Sigurðardóttir skrifar Skoðun Kennsla Jesú—Sæluboð Fjallræðunnar Sigurvin Lárus Jónsson skrifar Skoðun Fjárhagslegt sjálfstæði Seltjarnarness í hættu Kristinn Ólafsson skrifar Skoðun Hingað til náms. Hér til framtíðar Berglind Ósk Guðmundsdóttir, Þorsteinn Kristjánsson skrifar Skoðun Þegar sjóndeildarhringurinn verður 360 gráður - Framhaldsnám getur breytt meiru en bara þekkingu Sólveig Gylfadóttir skrifar Skoðun Klíkur, kunningsskapur og brostið traust á Nesinu Páll Kári Pálsson skrifar Skoðun „Dagsskipun kerfisins“ Helgi Áss Grétarsson skrifar Skoðun Er ekki komið nóg af þessum mannréttindum? Olga Margrét Cilia skrifar Skoðun Ertu íslenskuvinur? Védís Ragnheiðardóttir skrifar Skoðun Ríkisstjórn útúrsnúninga? Helga Rósa Másdóttir,Magnús Þór Jónsson,Sonja Ýr Þorbergsdóttir skrifar Skoðun Við getum ekki firrt okkur ábyrgð Hólmfríður Jennýjar Árnadóttir skrifar Skoðun Samfella í verki - Framtíðarsýn Okkar Hveragerðis Sandra Lind Brynjarsdóttir,Jónas Guðnason ,Dagný Sif Sigurbjörnsdóttir,Lárus Jónsson skrifar Skoðun Virðingaleysi í samfélaginu Marta Wieczorek skrifar Skoðun Ertu Jón eða séra Jón? Guðný Björk Pálmadóttir skrifar Skoðun Læra nemendur meira ef skóladögum fjölgar? Sigrún Ólöf Ingólfsdóttir skrifar Skoðun Ísland í Evrópusambandinu Jón Frímann Jónsson skrifar Skoðun Ógnir núna ekkert á við áhættu framtíðar Jóhanna Hlín Auðunsdóttir 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.
Litla gula hænan biður Ingu Sæland um að vanda sig, fjöregg þjóðarinnar er í húfi Rakel Linda Kristjánsdóttir Skoðun
Skoðun Litla gula hænan biður Ingu Sæland um að vanda sig, fjöregg þjóðarinnar er í húfi Rakel Linda Kristjánsdóttir skrifar
Skoðun Hingað til náms. Hér til framtíðar Berglind Ósk Guðmundsdóttir, Þorsteinn Kristjánsson skrifar
Skoðun Þegar sjóndeildarhringurinn verður 360 gráður - Framhaldsnám getur breytt meiru en bara þekkingu Sólveig Gylfadóttir skrifar
Skoðun Ríkisstjórn útúrsnúninga? Helga Rósa Másdóttir,Magnús Þór Jónsson,Sonja Ýr Þorbergsdóttir skrifar
Skoðun Samfella í verki - Framtíðarsýn Okkar Hveragerðis Sandra Lind Brynjarsdóttir,Jónas Guðnason ,Dagný Sif Sigurbjörnsdóttir,Lárus Jónsson skrifar
Litla gula hænan biður Ingu Sæland um að vanda sig, fjöregg þjóðarinnar er í húfi Rakel Linda Kristjánsdóttir Skoðun