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 Sleppum Borgarlínu - Frítt í strætó – Spörum milljarða Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson,Baldur Borgþórsson Skoðun Bifhjólafólk rukkað fyrir akstur í janúar – leikhús fáránleikans! Njáll Gunnlaugsson Skoðun Skóli án veruleikatengingar Hlédís Maren Guðmundsdóttir Skoðun Bensíni hellt á verðbólgubálið Björn Brynjúlfur Björnsson Skoðun Um ESB-umsókn og sjávarútveg Kjartan Jónsson Skoðun Verðtryggð fátækt – þjóðarglæpur í boði stjórnvalda og verkalýðsforustu Vilhelm Jónsson Skoðun Aukin samkeppni á bankamarkaði Kristján Þórður Snæbjarnarson Skoðun Gerum eitthvað gott Heiða Björg Hilmisdóttir,Alexandra Briem,Sanna Magdalena Mörtudóttir,Helga Þórðardóttir,Líf Magneudóttir Skoðun Þegar miðstýring er kölluð hagræðing Liv Ása Skarstad Skoðun Vitatorg og vörnin fyrir grunnþjónustu Reykjavíkurborgar Helgi Áss Grétarsson Skoðun Skoðun Skoðun Um samgöngur, auðlindagjald, innviði og nýlendur Þórhallur Borgarsson skrifar Skoðun Eru eldri sviðslistakonur ekki velkomnar á svið? Rósa Guðný Þórsdóttir skrifar Skoðun Átta mínútur sem stýra RÚV Daníel Rúnarsson skrifar Skoðun Verjum meiri skjátíma með börnunum Eva Pandora Baldursdóttir skrifar Skoðun Holtavörðuheiðarlína 3 – hæpin ákvarðanataka og ófullkomið samráð Friðrik Már Sigurðsson skrifar Skoðun Vörn snúið í sókn í menntamálum Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Aukin samkeppni á bankamarkaði Kristján Þórður Snæbjarnarson skrifar Skoðun Er Reykjavík borg sem listafólki þykir gott að búa og starfa í? Jóna Hlíf Halldórsdóttir skrifar Skoðun Góð þjónusta í Garðabæ skilar árangri Almar Guðmundsson skrifar Skoðun Gerum eitthvað gott Heiða Björg Hilmisdóttir,Alexandra Briem,Sanna Magdalena Mörtudóttir,Helga Þórðardóttir,Líf Magneudóttir skrifar Skoðun Starfshópur skilar skýrslu Hjálmtýr Heiðdal skrifar Skoðun Vitatorg og vörnin fyrir grunnþjónustu Reykjavíkurborgar Helgi Áss Grétarsson skrifar Skoðun Um ESB-umsókn og sjávarútveg Kjartan Jónsson skrifar Skoðun Alltaf í (geð)ræktinni? Svava Arnardóttir skrifar Skoðun Skóli án veruleikatengingar Hlédís Maren Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Stolt siglir skattafleyið Ólafur Adolfsson skrifar Skoðun Verðtryggð fátækt – þjóðarglæpur í boði stjórnvalda og verkalýðsforustu Vilhelm Jónsson skrifar Skoðun Reykjavík ársins 2030 Berglind Sunna Bragadóttir skrifar Skoðun Innviðasjóður Reykjavíkur: Ný nálgun Viðreisnar Þórdís Lóa Þórhallsdóttir skrifar Skoðun Samtal við ókunnugan getur aukið hamingju, orku og tengsl Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Bifhjólafólk rukkað fyrir akstur í janúar – leikhús fáránleikans! Njáll Gunnlaugsson skrifar Skoðun Bensíni hellt á verðbólgubálið Björn Brynjúlfur Björnsson skrifar Skoðun Börnin sem bíða! Elín Anna Baldursdóttir skrifar Skoðun Þegar miðstýring er kölluð hagræðing Liv Ása Skarstad skrifar Skoðun Sleppum Borgarlínu - Frítt í strætó – Spörum milljarða Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson,Baldur Borgþórsson skrifar Skoðun Félagshagfræðileg greining Sundabrautar er byggð á sandi Hans Guttormur Þormar skrifar Skoðun Opið bréf til kjörinna fulltrúa: Íslensk náttúra, villtir laxastofnar og sameiginlegar auðlindir þjóðarinnar eru ekki tilraunaverkefni Steinunn Ólína Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Innanbúðarátök á stjórnarheimilinu Sigurður Páll Jónsson skrifar Skoðun Sameining sýslumanna samþykkt – stofnunum fækkað um 5% Þorbjörg Sigríður Gunnlaugsdóttir skrifar Skoðun Við látum stjórnast af sértrú í peningamálum Örn Karlsson 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.
Sleppum Borgarlínu - Frítt í strætó – Spörum milljarða Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson,Baldur Borgþórsson Skoðun
Gerum eitthvað gott Heiða Björg Hilmisdóttir,Alexandra Briem,Sanna Magdalena Mörtudóttir,Helga Þórðardóttir,Líf Magneudóttir Skoðun
Skoðun Holtavörðuheiðarlína 3 – hæpin ákvarðanataka og ófullkomið samráð Friðrik Már Sigurðsson skrifar
Skoðun Er Reykjavík borg sem listafólki þykir gott að búa og starfa í? Jóna Hlíf Halldórsdóttir skrifar
Skoðun Gerum eitthvað gott Heiða Björg Hilmisdóttir,Alexandra Briem,Sanna Magdalena Mörtudóttir,Helga Þórðardóttir,Líf Magneudóttir skrifar
Skoðun Verðtryggð fátækt – þjóðarglæpur í boði stjórnvalda og verkalýðsforustu Vilhelm Jónsson skrifar
Skoðun Bifhjólafólk rukkað fyrir akstur í janúar – leikhús fáránleikans! Njáll Gunnlaugsson skrifar
Skoðun Sleppum Borgarlínu - Frítt í strætó – Spörum milljarða Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson,Baldur Borgþórsson skrifar
Skoðun Opið bréf til kjörinna fulltrúa: Íslensk náttúra, villtir laxastofnar og sameiginlegar auðlindir þjóðarinnar eru ekki tilraunaverkefni Steinunn Ólína Þorsteinsdóttir skrifar
Skoðun Sameining sýslumanna samþykkt – stofnunum fækkað um 5% Þorbjörg Sigríður Gunnlaugsdóttir skrifar
Sleppum Borgarlínu - Frítt í strætó – Spörum milljarða Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson,Baldur Borgþórsson Skoðun
Gerum eitthvað gott Heiða Björg Hilmisdóttir,Alexandra Briem,Sanna Magdalena Mörtudóttir,Helga Þórðardóttir,Líf Magneudóttir Skoðun