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 Hvað kostar 100 milljarða á ári? Sigrún Unnsteinsdóttir Skoðun Sjálfbær vöxtur og samheldni Halla Hrund Logadóttir Skoðun Íslenska bótakerfið er orðið aðdráttarafl Lárus Guðmundsson Skoðun Ísland er að tapa hundruðum milljarða – eitrað framkvæmdakerfi lamar allt samfélagið Sigurður Sigurðsson Skoðun Hvar getur þú skorið niður 200.000 krónur? Heiða Ingimarsdóttir Skoðun Þjóðarmorðingjar á meðal vor? Guðjón Idir Skoðun Hættum þessu hálfkáki Margrét Kristmannsdóttir Skoðun Með allt undir í rauðri viðvörun Einar Bárðarson Skoðun Ég kýs Ingibjörgu Isaksen Sigurður Eyjólfur Sigurjónsson Skoðun Af hverju rekum við mörg smáríki í 250 þúsund manna samfélagi? Gunnar Salvarsson Skoðun Skoðun Skoðun Kúba og sviftingar í heimsmálunum Gylfi Páll Hersir skrifar Skoðun Ekki ég! Vilborg Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Þjóðarmorðingjar á meðal vor? Guðjón Idir skrifar Skoðun Náttúrustofur: lykilstofnanir skornar niður Hulda Birna Albertsdóttir skrifar Skoðun Með allt undir í rauðri viðvörun Einar Bárðarson skrifar Skoðun Mannfjandsamleg stefna á bráðamóttökunni Rósa Guðbjartsdóttir skrifar Skoðun Hættum þessu hálfkáki Margrét Kristmannsdóttir skrifar Skoðun Íslenska bótakerfið er orðið aðdráttarafl Lárus Guðmundsson skrifar Skoðun Að vera með lausa skrúfu skrifar Skoðun Ég kýs Ingibjörgu Isaksen Sigurður Eyjólfur Sigurjónsson skrifar Skoðun Er skynsamlegt að fækka þeim sem læra íslensku? Haraldur Bernharðsson,Guðrún Lárusdóttir,Hafsteinn Einarsson,Heimir Freyr Viðarsson,Ingólfur Vilhjálmur Gíslason,Kolbrún Friðriksdóttir,Piergiorgio Consagra,Þóra Másdóttir skrifar Skoðun Ánægja íbúa í Hveragerði: Ekki er allt sem sýnist Sigmar Karlsson skrifar Skoðun Hvar getur þú skorið niður 200.000 krónur? Heiða Ingimarsdóttir skrifar Skoðun Hver ber ábyrgð þegar milljarðar hækka og verklok dragast? Vilhelm Jónsson skrifar Skoðun Hvað kostar 100 milljarða á ári? Sigrún Unnsteinsdóttir skrifar Skoðun Hvað þýðir það að vera leiðtogi? Hnikarr Bjarmi Franklínsson skrifar Skoðun Um 300 börn ,,rænd“ á ári hverju Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun Af hverju rekum við mörg smáríki í 250 þúsund manna samfélagi? Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Ein eða tvær akreinar, þar liggur efinn Samúel Torfi Pétursson skrifar Skoðun Nú þarf Framsókn sterka forystu Anton K. Guðmundsson skrifar Skoðun Verður Reykjavík grænasta borg Evrópu? Finnur Ricart Andrason skrifar Skoðun Sjálfbær vöxtur og samheldni Halla Hrund Logadóttir skrifar Skoðun Lilja Dögg leiðtogi með tíma, fókus og tengsl við landið allt Jónína Brynjólfsdóttir,Hjálmar Bogi Hafliðason skrifar Skoðun Lærum nú einu sinni af reynslu annarra Guðmundur Ingi Þóroddsson skrifar Skoðun Orðræðu Viðskiptaráðs um loftslagsskatta snúið upp á loftslagsmál og raunveruleikann Bergur Einarsson skrifar Skoðun Svar við “Bréf til Láru” Lára G. Sigurðardóttir skrifar Skoðun Strætó fyrir sum börn, ekki öll Karólína Helga Símonardóttir skrifar Skoðun Sjálfshólið, afsláttardagar og skuldasúpa! Svavar Guðmundsson skrifar Skoðun Aumingja sölumaðurinn og vonda vísindafólkið Jónas Sen skrifar Skoðun Ekkert um að semja? Pawel Bartoszek 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.
Ísland er að tapa hundruðum milljarða – eitrað framkvæmdakerfi lamar allt samfélagið Sigurður Sigurðsson Skoðun
Skoðun Er skynsamlegt að fækka þeim sem læra íslensku? Haraldur Bernharðsson,Guðrún Lárusdóttir,Hafsteinn Einarsson,Heimir Freyr Viðarsson,Ingólfur Vilhjálmur Gíslason,Kolbrún Friðriksdóttir,Piergiorgio Consagra,Þóra Másdóttir skrifar
Skoðun Lilja Dögg leiðtogi með tíma, fókus og tengsl við landið allt Jónína Brynjólfsdóttir,Hjálmar Bogi Hafliðason skrifar
Skoðun Orðræðu Viðskiptaráðs um loftslagsskatta snúið upp á loftslagsmál og raunveruleikann Bergur Einarsson skrifar
Ísland er að tapa hundruðum milljarða – eitrað framkvæmdakerfi lamar allt samfélagið Sigurður Sigurðsson Skoðun