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 Eingreiðsla til öryrkja í desember bundin við lögheimili á Íslandi Jón Frímann Jónsson Skoðun Siðlaus markaðsvæðing í heilbrigðisþjónustu Davíð Aron Routley Skoðun Rangar fullyrðingar um erlenda háskólanema við íslenska háskóla Ólafur Páll Jónsson,Brynja Elísabeth Halldórsdóttir,Jón Ingvar Kjaran,Susan Elizabeth Gollifer Skoðun Fúsk eða laumuspil? Eva Hauksdóttir Skoðun Fjórða þorskastríðið er fram undan Gunnar Smári Egilsson Skoðun Ef eitthvað væri að marka Bjarna Gunnar Smári Egilsson Skoðun Ég á þetta ég má þetta Arnar Atlason Skoðun Sameining Almenna og Lífsverks Jón Ævar Pálmason Skoðun Hvað er mikilvægara en frelsið til að velja eigin lífslok? Ingrid Kuhlman Skoðun Landsbyggðin án háskóla? Ketill Sigurður Jóelsson Skoðun Skoðun Skoðun Útvarp sumra landsmanna Ingvar S. Birgisson skrifar Skoðun Háskóli sem griðastaður Bryndís Björnsdóttir skrifar Skoðun Hvað er mikilvægara en frelsið til að velja eigin lífslok? Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Eingreiðsla til öryrkja í desember bundin við lögheimili á Íslandi Jón Frímann Jónsson skrifar Skoðun Siðlaus markaðsvæðing í heilbrigðisþjónustu Davíð Aron Routley skrifar Skoðun Rangar fullyrðingar um erlenda háskólanema við íslenska háskóla Ólafur Páll Jónsson,Brynja Elísabeth Halldórsdóttir,Jón Ingvar Kjaran,Susan Elizabeth Gollifer skrifar Skoðun Sameining Almenna og Lífsverks Jón Ævar Pálmason skrifar Skoðun Hvenær verður aðgerðaleysi að refsiverðu broti? Elías Blöndal Guðjónsson skrifar Skoðun Leikskólagjöld áfram lægst í Mosfellsbæ Halla Karen Kristjánsdóttir,Anna Sigríður Guðnadóttir,Lovísa Jónsdóttir skrifar Skoðun Nýja vaxtaviðmiðið: Lausn eða gildra fyrir heimilin? Bogi Ragnarsson skrifar Skoðun Snorri, þú færð ekki að segja „Great Replacement“ og þykjast saklaus Ian McDonald skrifar Skoðun Frelsi til að taka góðar skipulagsákvarðanir Róbert Ragnarsson skrifar Skoðun Með eða á móti neyðarkalli? Helga Birgisdóttir skrifar Skoðun Þegar ráðin eru einföld – en raunveruleikinn ekki Karen Einarsdóttir skrifar Skoðun Er kominn skrekkur í fullorðna fólkið? Steinar Bragi Sigurjónsson skrifar Skoðun Húsnæði fyrir fólk en ekki fjárfesta Hilmar Harðarson skrifar 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 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.
Rangar fullyrðingar um erlenda háskólanema við íslenska háskóla Ólafur Páll Jónsson,Brynja Elísabeth Halldórsdóttir,Jón Ingvar Kjaran,Susan Elizabeth Gollifer Skoðun
Skoðun Eingreiðsla til öryrkja í desember bundin við lögheimili á Íslandi Jón Frímann Jónsson skrifar
Skoðun Rangar fullyrðingar um erlenda háskólanema við íslenska háskóla Ólafur Páll Jónsson,Brynja Elísabeth Halldórsdóttir,Jón Ingvar Kjaran,Susan Elizabeth Gollifer skrifar
Skoðun Leikskólagjöld áfram lægst í Mosfellsbæ Halla Karen Kristjánsdóttir,Anna Sigríður Guðnadóttir,Lovísa Jónsdóttir skrifar
Skoðun Stafræn sjálfstæðisbarátta Íslands á 21. öldinni. Tungan, sagan og menningin undir Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar
Rangar fullyrðingar um erlenda háskólanema við íslenska háskóla Ólafur Páll Jónsson,Brynja Elísabeth Halldórsdóttir,Jón Ingvar Kjaran,Susan Elizabeth Gollifer Skoðun