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 Alræmdur faðir stígur fram Atli Heiðar Gunnlaugsson Skoðun Gat þess ekki að við myndum borga brúsann Hjörtur J. Guðmundsson. Skoðun Hvað myndir þú gera við auka milljón á ári? Ása Berglind Hjálmarsdóttir Skoðun Friður á Segulfirði Bjarni Karlsson Skoðun Enginn kaus Bjarna eða Brynjar Gunnar Salvarsson Skoðun Dagur og Diljá - dómur er fallinn Halldór Jörgen Olesen Skoðun ESB-Pakkinn Guðmunda G. Guðmundsdóttir Skoðun Vindorkan – ný fjármálabóla í ríkjum ESB? Júlíus Valsson Skoðun Galin skattheimta ríkisstjórnarinnar Bjarnheiður Hallsdóttir Skoðun Það er gott að vera kristinn, en slæmt þegar fáfræðin fær að ráða för María Gunnarsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Alþjóðasamstarf í umhverfismálum: ESB sem drifkraftur lausna Sveinn Atli Gunnarsson skrifar Skoðun Að kjósa tækifæri, eða hafna því Sigurjón Njarðarson skrifar Skoðun ESB-Pakkinn Guðmunda G. Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Gat þess ekki að við myndum borga brúsann Hjörtur J. Guðmundsson. skrifar Skoðun Friður á Segulfirði Bjarni Karlsson skrifar Skoðun Vindorkan – ný fjármálabóla í ríkjum ESB? Júlíus Valsson skrifar Skoðun Skipulag, ábyrgð og meirihlutamyndun Marta Rut Ólafsdóttir,Lárus Jónsson skrifar Skoðun Enginn kaus Bjarna eða Brynjar Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Hvað myndir þú gera við auka milljón á ári? Ása Berglind Hjálmarsdóttir skrifar Skoðun Galin skattheimta ríkisstjórnarinnar Bjarnheiður Hallsdóttir skrifar Skoðun Fyrst upplýsingar og stöðugleiki, svo má kjósa Þórarinn Ingi Pétursson skrifar Skoðun Króatar og ávextir ESB-aðildar Gunnar Hólmsteinn Ársælsson skrifar Skoðun Þegar hlutverkin deyja og sjálfið vaknar Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Dagur og Diljá - dómur er fallinn Halldór Jörgen Olesen skrifar Skoðun Styrkur í fjárfestingu í sjávarútvegi Heiðrún Lind Marteinsdóttir skrifar Skoðun Það er gott að vera kristinn, en slæmt þegar fáfræðin fær að ráða för María Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Alþjóðasamstarf í umhverfismálum er ekki háð Evrópusambandsaðild Haraldur Ólafsson skrifar Skoðun Norður-Kórea, íslensk stjórnmál og raunveruleikinn Mía Marselína Alexa Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Stóreflum námsefnisgerð í íslenska skólakerfinu Magnús Þór Jónsson,Steinn Jóhannsson skrifar Skoðun Hundrað milljarða loforð Dags Diljá Mist Einarsdóttir skrifar Skoðun Líffræðileg fjölbreytni og sveitarfélög Rannveig Magnúsdóttir,Ragnhildur Guðmundsdóttir,Sæunn Júlía Sigurjónsdóttir,Skúli Skúlason skrifar Skoðun Nokkur orð um einföldun eftirlits Ásmundur E. Þorkelsson,Hörður Þorsteinsson,Sigrún Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Fólkið fær að ráða för Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Alræmdur faðir stígur fram Atli Heiðar Gunnlaugsson skrifar Skoðun Lýðræðislegt, sanngjarnt, gott Alex Leó Kristinsson skrifar Skoðun Nei, ég vil ekki vinna með þér! Björn Leví Gunnarsson skrifar Skoðun Þrefölda svipa verðtryggingar á Íslandi Guðmundur Ari Sigurjónsson skrifar Skoðun Hver borgar brúsann? Ásmundur E. Þorkelsson,Hörður Þorsteinsson,Sigrún Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Hvaða áhrif hefði ESB-aðild á verðbólguna? Halldór Jörgen Olesen skrifar Skoðun Er aithingi.is hættulegt lýðræðinu? Kristján Logason 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 Alþjóðasamstarf í umhverfismálum: ESB sem drifkraftur lausna Sveinn Atli Gunnarsson skrifar
Skoðun Það er gott að vera kristinn, en slæmt þegar fáfræðin fær að ráða för María Gunnarsdóttir skrifar
Skoðun Norður-Kórea, íslensk stjórnmál og raunveruleikinn Mía Marselína Alexa Guðmundsdóttir skrifar
Skoðun Stóreflum námsefnisgerð í íslenska skólakerfinu Magnús Þór Jónsson,Steinn Jóhannsson skrifar
Skoðun Líffræðileg fjölbreytni og sveitarfélög Rannveig Magnúsdóttir,Ragnhildur Guðmundsdóttir,Sæunn Júlía Sigurjónsdóttir,Skúli Skúlason skrifar
Skoðun Nokkur orð um einföldun eftirlits Ásmundur E. Þorkelsson,Hörður Þorsteinsson,Sigrún Guðmundsdóttir skrifar