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 Framhaldsskólinn: horfum til framtíðar og finnum lausnir Simon Cramer Larsen Skoðun Kynhlutlaust klerkaveldi Haukur Þorgeirsson Skoðun Er skóli án aðgreiningar barn síns tíma? Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir Skoðun Ódýrt á pappír, dýrt í raun – og þjóðin blæðir Vilhelm Jónsson Skoðun 900 metrar sem geta breytt Grafarvogi Friðjón Friðjónsson Skoðun Menntastefna á finnskum krossgötum Álfhildur Leifsdóttir Skoðun Aðför að heildrænni endurhæfingu: Skammsýni á Reykjalundi Þórunn Hanna Halldórsdóttir,Elísabet Arnardóttir,Sigríður Magnúsdóttir,Þóra Másdóttir Skoðun Samvinna, en ekki einangrun María Malmquist Skoðun Ég reyndi að byggja ódýrar íbúðir í Reykjavík Pétur Marteinsson Skoðun Þéttingarstefna eða skynsemi? Ögmundur Ísak Ögmundsson Skoðun Skoðun Skoðun Hvers vegna læra börnin þín ekki neitt? Svarið gæti verið í speglinum Jónas Sen skrifar Skoðun Ég reyndi að byggja ódýrar íbúðir í Reykjavík Pétur Marteinsson skrifar Skoðun Aðför að heildrænni endurhæfingu: Skammsýni á Reykjalundi Þórunn Hanna Halldórsdóttir,Elísabet Arnardóttir,Sigríður Magnúsdóttir,Þóra Másdóttir skrifar Skoðun Framhaldsskólinn: horfum til framtíðar og finnum lausnir Simon Cramer Larsen skrifar Skoðun Um taugafjölbreytileika Svava Ólafsdóttir skrifar Skoðun Ódýrt á pappír, dýrt í raun – og þjóðin blæðir Vilhelm Jónsson skrifar Skoðun Samvinna, en ekki einangrun María Malmquist skrifar Skoðun 900 metrar sem geta breytt Grafarvogi Friðjón Friðjónsson skrifar Skoðun Kerfi sem kosta skattgreiðendur Sölvi Breiðfjörð skrifar Skoðun Ákall til önugra femínista – Steinunni í borgarstjórn! Hrafnhildur Kjerúlf Sigmarsdóttir skrifar Skoðun Er skóli án aðgreiningar barn síns tíma? Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Alvöru aðför að einkabílnum Búi Bjarmar Aðalsteinsson skrifar Skoðun Mótmæli bænda í Evrópu halda áfram – þegar viðvaranir fá engin svör Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Setjum endurskoðun laga um Menntasjóð námsmanna í forgang Lísa Margrét Gunnarsdóttir,Kolbrún Halldórsdóttir skrifar Skoðun Um siðfræðingsvandamálið Steinunn Ólína Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Þegar fátt virðist gerast: Hvað er í raun að gerast þegar börn leika sér í leikskóla? Margrét Gígja Þórðardóttir,Ingibjörg Vilbergsdóttir skrifar Skoðun Kynhlutlaust klerkaveldi Haukur Þorgeirsson skrifar Skoðun Hugleiðingar um hitaveitu Eiríkur Hjálmarsson skrifar Skoðun Þéttingarstefna eða skynsemi? Ögmundur Ísak Ögmundsson skrifar Skoðun Hvers virði er starfsumhverfi myndlistarmanna? Jóna Hlíf Halldórsdóttir skrifar Skoðun Ekki gera ekki neitt Guðmundur Ingi Þóroddsson skrifar Skoðun Mönnun íslensks heilbrigðiskerfis til framtíðar í uppnámi Unnur Anna Valdimarsdóttir,Arna Hauksdóttir,Berglind Eva Benediktsdóttir,Bjarni Elvar Pétursson,Heiða María Sigurðardóttir,Helga Bragadóttir,Ólafur Ögmundarson,Sólveg Ása Árnadóttir,Sædís Sævarsdóttir skrifar Skoðun Mjódd framtíðar - hjarta Breiðholts Sara Björg Sigurðardóttir skrifar Skoðun Opið bréf til frambjóðenda í Reykjavík: Hættum frösunum – leysum leikskólavandann með raunverulegum aðgerðum Nichole Leigh Mosty skrifar Skoðun Það þarf ekki fullkomið fólk til að móta gott samfélag. Það þarf fólk sem er tilbúið að vera til staðar Liv Åse Skarstad skrifar Skoðun 32 dagar Magnea Gná Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Blóraböggull fundinn! Jenný Gunnbjörnsdóttir skrifar Skoðun Skaðaminnkun Rauða krossins Ósk Sigurðardóttir,Sigríður Ella Jónsdóttir skrifar Skoðun Áfram, hærra Logi Pedro Stefánsson skrifar Skoðun Reykjavík stígi alla leið Þórdís Lóa Þórhallsdóttir 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.
Aðför að heildrænni endurhæfingu: Skammsýni á Reykjalundi Þórunn Hanna Halldórsdóttir,Elísabet Arnardóttir,Sigríður Magnúsdóttir,Þóra Másdóttir Skoðun
Skoðun Aðför að heildrænni endurhæfingu: Skammsýni á Reykjalundi Þórunn Hanna Halldórsdóttir,Elísabet Arnardóttir,Sigríður Magnúsdóttir,Þóra Másdóttir skrifar
Skoðun Ákall til önugra femínista – Steinunni í borgarstjórn! Hrafnhildur Kjerúlf Sigmarsdóttir skrifar
Skoðun Mótmæli bænda í Evrópu halda áfram – þegar viðvaranir fá engin svör Erna Bjarnadóttir skrifar
Skoðun Setjum endurskoðun laga um Menntasjóð námsmanna í forgang Lísa Margrét Gunnarsdóttir,Kolbrún Halldórsdóttir skrifar
Skoðun Þegar fátt virðist gerast: Hvað er í raun að gerast þegar börn leika sér í leikskóla? Margrét Gígja Þórðardóttir,Ingibjörg Vilbergsdóttir skrifar
Skoðun Mönnun íslensks heilbrigðiskerfis til framtíðar í uppnámi Unnur Anna Valdimarsdóttir,Arna Hauksdóttir,Berglind Eva Benediktsdóttir,Bjarni Elvar Pétursson,Heiða María Sigurðardóttir,Helga Bragadóttir,Ólafur Ögmundarson,Sólveg Ása Árnadóttir,Sædís Sævarsdóttir skrifar
Skoðun Opið bréf til frambjóðenda í Reykjavík: Hættum frösunum – leysum leikskólavandann með raunverulegum aðgerðum Nichole Leigh Mosty skrifar
Skoðun Það þarf ekki fullkomið fólk til að móta gott samfélag. Það þarf fólk sem er tilbúið að vera til staðar Liv Åse Skarstad skrifar
Aðför að heildrænni endurhæfingu: Skammsýni á Reykjalundi Þórunn Hanna Halldórsdóttir,Elísabet Arnardóttir,Sigríður Magnúsdóttir,Þóra Másdóttir Skoðun