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 Ný greining: Hvað myndu húsnæðisvextir lækka með ESB og evru? Dagur B. Eggertsson Skoðun Sjö algengar ranghugmyndir um hvali og hvalveiðar Eyþór Eðvarðsson Skoðun Um líf og dauða, fullveldi og ESB Bjarni Már Magnússon Skoðun Stækkun bílaborgarinnar er ekki sjálfgefin - Ný byggð til norðurs kallar á öflugri almenningssamgöngur Stefán Agnar Finnsson Skoðun Aðildarviðræður eru ekki upplýsingaleit heldur undirbúningur að aðild Gunnar Ármannsson Skoðun Þeir seldu áhættuna sem tækifæri — og sendu þjóðinni reikninginn Baldur Pétursson Skoðun Hvenær hættir maður að vera útlendingur? Valerio Gargiulo Skoðun Hvað er í pakkanum? Hannes Lúðvíksson Skoðun Krónuhagkerfið og kostnaður heimilanna Sigurður Kristinn Pálsson Skoðun Jörðin er dómkirkjan okkar. Geimurinn er verkstæðið okkar. Árni Sigurðsson Skoðun Skoðun Skoðun Krónuhagkerfið og kostnaður heimilanna Sigurður Kristinn Pálsson skrifar Skoðun Litir, form og staðarandi Þórður Már Sigfússon skrifar Skoðun Brexit ekki orsök efnahagsáskorana Breta Kristinn Sv. Helgason skrifar Skoðun Jörðin er dómkirkjan okkar. Geimurinn er verkstæðið okkar. Árni Sigurðsson skrifar Skoðun Stækkun bílaborgarinnar er ekki sjálfgefin - Ný byggð til norðurs kallar á öflugri almenningssamgöngur Stefán Agnar Finnsson skrifar Skoðun Hvenær hættir maður að vera útlendingur? Valerio Gargiulo skrifar Skoðun Viðvörunarljós um farsæld barna má ekki hunsa Steinunn Bergmann skrifar Skoðun Sjö algengar ranghugmyndir um hvali og hvalveiðar Eyþór Eðvarðsson skrifar Skoðun Aðildarviðræður eru ekki upplýsingaleit heldur undirbúningur að aðild Gunnar Ármannsson skrifar Skoðun Um líf og dauða, fullveldi og ESB Bjarni Már Magnússon skrifar Skoðun Ný greining: Hvað myndu húsnæðisvextir lækka með ESB og evru? Dagur B. Eggertsson skrifar Skoðun Hvað er í pakkanum? Hannes Lúðvíksson skrifar Skoðun Nýsköpunin sem hverfur inn í skýið Bogi Ragnarsson skrifar Skoðun Þegar kaffið rennur upp á við í Undralandi íslenskrar orðræðu Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Þeir seldu áhættuna sem tækifæri — og sendu þjóðinni reikninginn Baldur Pétursson skrifar Skoðun Traust á lögmönnum er ekki einkamál lögmanna Vilbert Gústafsson skrifar Skoðun Upplýsingar eru ekki ógn, þær eru forsenda Halldór Jörgen Olesen skrifar Skoðun Heimilislæknar og reglugerðardrög Alma D. Möller skrifar Skoðun Einstaklingurinn og fullveldið Signý Sigurðardóttir skrifar Skoðun Skilvirk núna en ekki ef við göngum í ESB Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Sterkari skólar fyrir öll börn Hólmfríður Jennýjar Árnadóttir skrifar Skoðun Ég hef líka trú á Ögmundi Arnar Sigurðsson skrifar Skoðun „Áður en við segjum já eða nei“ Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Þjóðarmorð? Finnur Th. Eiríksson skrifar Skoðun Breyttar áherslur í borgarskipulagi Þórarinn Hjaltason skrifar Skoðun Hernaðarbrölt Gestur Valgarðsson skrifar Skoðun Það sem við gefum áfram Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Ríkið má ekki skorast undan Þórarinn Ingi Pétursson skrifar Skoðun Gjaldtaka hins opinbera þarf að vera fyrirsjáanleg Stefán Vagn Stefánsson skrifar Skoðun Bandaríkin 250 ára: frelsi, stjórnarskrá og lærdómur fyrir Ísland Júlíus Valsson 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.
Stækkun bílaborgarinnar er ekki sjálfgefin - Ný byggð til norðurs kallar á öflugri almenningssamgöngur Stefán Agnar Finnsson Skoðun
Skoðun Stækkun bílaborgarinnar er ekki sjálfgefin - Ný byggð til norðurs kallar á öflugri almenningssamgöngur Stefán Agnar Finnsson skrifar
Skoðun Aðildarviðræður eru ekki upplýsingaleit heldur undirbúningur að aðild Gunnar Ármannsson skrifar
Stækkun bílaborgarinnar er ekki sjálfgefin - Ný byggð til norðurs kallar á öflugri almenningssamgöngur Stefán Agnar Finnsson Skoðun