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 Þarf ég að flytja úr landi? Katrín Sigríður J. Steingrímsdóttir Skoðun Borgið lausnargjaldið Ólafur Hauksson Skoðun Foreldrar, ömmur og afar þessa lands - áskorun til ykkar! Ragnheiður Stephensen Skoðun Bannað að lækna sykursýki II Lukka Pálsdóttir Skoðun Krónan eða evran? Kostir og gallar Hilmar Þór Hilmarsson Skoðun Helvítis fokking fokk!! Er ekki nóg komið? Maríanna H. Helgadóttir Skoðun Íslenski fasteignamarkaðurinn: spilavíti þar sem húsið vinnur alltaf Ingvar Þóroddsson Skoðun Þegar Skagamenn glöddu lítið hjarta María Rut Kristinsdóttir Skoðun Flokkur fólksins ræðst gegn hagsmunum eldra fólks og komandi kynslóða Þorsteinn Sæmundsson Skoðun Jólaheimsóknir á aðventunni Guðrún Karls Helgudóttir Skoðun Skoðun Skoðun Að drepa eða drepast!? og þar fór það Bakir Anwar Nassar skrifar Skoðun Jane Goodall hvetur íslensk stjórnvöld til að hætta hvalveiðum Jane Goodall skrifar Skoðun Endurnýjun stjórnmálanna Guðjón Sigurbjartsson skrifar Skoðun Árangur og áskoranir í iðnmenntun Arna Arnardóttir,Magnús Hilmar Helgason,Vignir Steinþór Halldórsson skrifar Skoðun Hvar enda skattahækkanir? Bessí Þóra Jónsdóttir skrifar Skoðun Svört orka tekur 2 ár en græn 32 ár Magnús Jóhannesson skrifar Skoðun Ákall um aðgerðir gegn þjóðarmorði í Gaza Eva Dögg Davíðsdóttir skrifar Skoðun Það þarf samfélag til að ala upp barn Ástþór Ólafsson skrifar Skoðun Skömm Reykjavíkurborgar: Hvernig er staðan í leikskólum borgarinnar? Elín Einarsdóttir skrifar Skoðun Á ég að slökkva með fjarstýringunni? Birna Guðný Björnsdóttir skrifar Skoðun Samfélag án Pírata Lenya Rún Taha Karim skrifar Skoðun Burt með biðlista barna…nema þau búi í Reykjavík! Diljá Mist Einarsdóttir skrifar Skoðun Það byrjaði sem gola en brátt var komið rok Ásthildur Lóa Þórsdóttir skrifar Skoðun Helvítis fokking fokk!! Er ekki nóg komið? Maríanna H. Helgadóttir skrifar Skoðun Foreldrar, ömmur og afar þessa lands - áskorun til ykkar! Ragnheiður Stephensen skrifar Skoðun Framsókn í forystu fyrir meira og hagkvæmara húsnæði Sigurður Ingi Jóhannsson skrifar Skoðun Raforka til garðyrkjubænda hækkar um 25%. Verða heimilin næst? Elinóra Inga Sigurðardóttir skrifar Skoðun Á tíundu hverri mínútu er kona myrt af einhverjum sem hún þekkir Stella Samúelsdóttir skrifar Skoðun Flokkur fólksins ræðst gegn hagsmunum eldra fólks og komandi kynslóða Þorsteinn Sæmundsson skrifar Skoðun Kerfisbreytingar á Réttindagæslu fatlaðra – óvissa og áhyggjur Aileen Soffia Svensdóttir skrifar Skoðun Þegar Skagamenn glöddu lítið hjarta María Rut Kristinsdóttir skrifar Skoðun Betra veður fyrir íþróttakrakkana okkar! Skúli Bragi Geirdal skrifar Skoðun Grjótið í eggjakörfunni Gunnsteinn R. Ómarsson skrifar Skoðun Vondar hugmyndir í verðbólgu Hildur Sverrisdóttir skrifar Skoðun Jólaheimsóknir á aðventunni Guðrún Karls Helgudóttir skrifar Skoðun Íslenski fasteignamarkaðurinn: spilavíti þar sem húsið vinnur alltaf Ingvar Þóroddsson skrifar Skoðun Borgið lausnargjaldið Ólafur Hauksson skrifar Skoðun Hvað viltu að bíði þín heima? Þórdís Dröfn Andrésdóttir skrifar Skoðun Þarf ég að flytja úr landi? Katrín Sigríður J. Steingrímsdóttir skrifar Skoðun 11 ástæður fyrir því að kjósa Pírata Baldur Karl Magnússon 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.
Skoðun Árangur og áskoranir í iðnmenntun Arna Arnardóttir,Magnús Hilmar Helgason,Vignir Steinþór Halldórsson skrifar
Skoðun Skömm Reykjavíkurborgar: Hvernig er staðan í leikskólum borgarinnar? Elín Einarsdóttir skrifar
Skoðun Raforka til garðyrkjubænda hækkar um 25%. Verða heimilin næst? Elinóra Inga Sigurðardóttir skrifar
Skoðun Á tíundu hverri mínútu er kona myrt af einhverjum sem hún þekkir Stella Samúelsdóttir skrifar
Skoðun Flokkur fólksins ræðst gegn hagsmunum eldra fólks og komandi kynslóða Þorsteinn Sæmundsson skrifar
Skoðun Kerfisbreytingar á Réttindagæslu fatlaðra – óvissa og áhyggjur Aileen Soffia Svensdóttir skrifar
Skoðun Íslenski fasteignamarkaðurinn: spilavíti þar sem húsið vinnur alltaf Ingvar Þóroddsson skrifar