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 Sundlaugar Reykjavíkurborgar – afturför og sóðaskapur Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson Skoðun Þeir vissu sannleikann en seldu okkur efasemdir Sveinn Atli Gunnarsson Skoðun Hvað er heit vinna? Sigrún A. Þorsteinsdóttir Skoðun Sérlausnir á grundvelli 349. greinar Sáttmálans um starfshætti Evrópusambandsins? Spyrjið Möltu Erna Bjarnadóttir Skoðun Klúðrið hjá Guði Þröstur Hrafnkelsson Skoðun Rósin hefur ekki sagt sig úr flokknum aðeins úr Fulltrúaráði hans í Reykjavík Birgir Dýrfjörð Skoðun Borgarlína eða lífæð? Við erum að velja vitlaust Jón Þór Guðjónsson Skoðun Valdið í reykfylltum bakherbergjum: Kerfisvandi sem krefst uppskurðar Sigurður Sigurðsson Skoðun Treystum foreldrum Kristín Kolbrún Waage Kolbeinsdóttir Skoðun Holland í sókn en stjórnmálin hikandi Eyþór Eðvarðsson Skoðun Skoðun Skoðun Að kljúfa þjóð í herðar niður Ingólfur Sverrisson skrifar Skoðun Borgarlína eða lífæð? Við erum að velja vitlaust Jón Þór Guðjónsson skrifar Skoðun Rósin hefur ekki sagt sig úr flokknum aðeins úr Fulltrúaráði hans í Reykjavík Birgir Dýrfjörð skrifar Skoðun Holland í sókn en stjórnmálin hikandi Eyþór Eðvarðsson skrifar Skoðun Valdið í reykfylltum bakherbergjum: Kerfisvandi sem krefst uppskurðar Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Hvað er heit vinna? Sigrún A. Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Sundlaugar Reykjavíkurborgar – afturför og sóðaskapur Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson skrifar Skoðun Virðisaukaskattur, ferðaþjónusta og hættulegur misskilningur Þórir Garðarsson skrifar Skoðun Klúðrið hjá Guði Þröstur Hrafnkelsson skrifar Skoðun Sérlausnir á grundvelli 349. greinar Sáttmálans um starfshætti Evrópusambandsins? Spyrjið Möltu Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Þeir vissu sannleikann en seldu okkur efasemdir Sveinn Atli Gunnarsson skrifar Skoðun Treystum foreldrum Kristín Kolbrún Waage Kolbeinsdóttir skrifar Skoðun Það vex eitt blóm fyrir vestan Sif Huld Albertsdóttir skrifar Skoðun Hversu mörg líf þarf áður en kerfið vaknar? Harpa Hildiberg Böðvarsdóttir skrifar Skoðun Af hverju þurfum við páska? Matthildur Bjarnadóttir skrifar Skoðun Íþrótta- og menningarbærinn Hafnarfjörður Elín Anna Baldursdóttir skrifar Skoðun Hvað fæst fyrir skattpeningana? Stefán Vagn Stefánsson skrifar Skoðun Kosningar eða Eurovision? Þorsteinn Haukur Harðarson skrifar Skoðun Viltu vita? Gunnar Hólmsteinn Ársælsson skrifar Skoðun Dauði eða ofsakvíði? Sóley Dröfn Davíðsdóttir skrifar Skoðun Kílómetragjaldið: aukin skattheimta á þá sem minna mega sín? Júlíus Valsson skrifar Skoðun Sérhagsmunir eða almannahagur Sigurður K Pálsson skrifar Skoðun Sjálfsmynd þjóðar Steinar Harðarson skrifar Skoðun Viltu ná niður þinni eigin verðbólgu? Sveinn Ólafsson skrifar Skoðun Sex ástæður til að segja já við ESB-viðræðum Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Hvenær hætta börn að rétta upp hönd? Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Þegar hljóð og mynd fara ekki saman Sigurður Eyjólfur Sigurjónsson skrifar Skoðun Hvert stefnir stríðið í Íran? Trump valdi það, en hvað tekur við núna? Jun Þór Morikawa skrifar Skoðun Beiting helmingaskiptareglunnar við fjárskipti hjóna Sveinn Ævar Sveinsson skrifar Skoðun Verða ríki fátæk af því að ganga í Evrópusambandið? Andrés Pétursson 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.
Sundlaugar Reykjavíkurborgar – afturför og sóðaskapur Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson Skoðun
Sérlausnir á grundvelli 349. greinar Sáttmálans um starfshætti Evrópusambandsins? Spyrjið Möltu Erna Bjarnadóttir Skoðun
Rósin hefur ekki sagt sig úr flokknum aðeins úr Fulltrúaráði hans í Reykjavík Birgir Dýrfjörð Skoðun
Skoðun Rósin hefur ekki sagt sig úr flokknum aðeins úr Fulltrúaráði hans í Reykjavík Birgir Dýrfjörð skrifar
Skoðun Valdið í reykfylltum bakherbergjum: Kerfisvandi sem krefst uppskurðar Sigurður Sigurðsson skrifar
Skoðun Sundlaugar Reykjavíkurborgar – afturför og sóðaskapur Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson skrifar
Skoðun Sérlausnir á grundvelli 349. greinar Sáttmálans um starfshætti Evrópusambandsins? Spyrjið Möltu Erna Bjarnadóttir skrifar
Skoðun Hvert stefnir stríðið í Íran? Trump valdi það, en hvað tekur við núna? Jun Þór Morikawa skrifar
Sundlaugar Reykjavíkurborgar – afturför og sóðaskapur Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson Skoðun
Sérlausnir á grundvelli 349. greinar Sáttmálans um starfshætti Evrópusambandsins? Spyrjið Möltu Erna Bjarnadóttir Skoðun
Rósin hefur ekki sagt sig úr flokknum aðeins úr Fulltrúaráði hans í Reykjavík Birgir Dýrfjörð Skoðun