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 Hvers vegna venjulegt launafólk á að segja JÁ? Margrét Högnadóttir Skoðun Ég er ekki Evrópusinni Óðinn Freyr Baldursson Skoðun Hvers vegna „nei“ er eina rökrétta svarið þann 29. ágúst Eggert Sigurbergsson Skoðun Þetta snýst um aðild Gunnar Bragi Sveinsson Skoðun Það sem gögnin fundu ekki Elliði Vignisson Skoðun Landlægur misskilningur um þjóðaratkvæðagreiðslu Hjörtur Hjartarson Skoðun Standast orkufyrirtæki ríkisins grundvallargildi fjármálaráðherra? Embla Einarsdóttir Skoðun Hvaða kröfur eigum við að gera? Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir Skoðun Króna eða evra? Bolli Héðinsson Skoðun Stóra leiðréttingarmálið, einhverjir Hollendingar og kollegar Guðlaugur Þór Þórðarson Skoðun Skoðun Skoðun Íslenskir vefir á faraldsfæti Birgir Hrafn Birgisson skrifar Skoðun Ég er ekki Evrópusinni Óðinn Freyr Baldursson skrifar Skoðun Hjarðarbólsoddi Oddur Sigurðsson skrifar Skoðun Þetta snýst um aðild Gunnar Bragi Sveinsson skrifar Skoðun Standast orkufyrirtæki ríkisins grundvallargildi fjármálaráðherra? Embla Einarsdóttir skrifar Skoðun Hvers vegna „nei“ er eina rökrétta svarið þann 29. ágúst Eggert Sigurbergsson skrifar Skoðun Hvaða kröfur eigum við að gera? Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Hvers vegna venjulegt launafólk á að segja JÁ? Margrét Högnadóttir skrifar Skoðun Stóra leiðréttingarmálið, einhverjir Hollendingar og kollegar Guðlaugur Þór Þórðarson skrifar Skoðun Er kominn tími á „Íslenska landklasann“? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Um hvað er hægt að semja? Jónas Már Torfason skrifar Skoðun Sumarið, samveran og samspil taugakerfa Sigrún Þóra Sveinsdóttir skrifar Skoðun Þegar peningarnir og pólitíkin mæta nýjum veruleika Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Bíp... bíp... bíp… Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Króna eða evra? Bolli Héðinsson skrifar Skoðun Dauðans alvara – fölsuð lyf og ólögleg lyfsala Alma D. Möller,Rúna Hauksdóttir skrifar Skoðun Hvað er samfélagsmiðill? Anna Laufey Stefánsdóttir skrifar Skoðun Stöðugleiki í heljargreipum Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Landlægur misskilningur um þjóðaratkvæðagreiðslu Hjörtur Hjartarson skrifar Skoðun Það sem gögnin fundu ekki Elliði Vignisson skrifar Skoðun Eru Íslendingar afglapar í samningatækni? Signý Sigurðardóttir skrifar Skoðun Baldur snýr heim á Breiðafjörð Eyjólfur Ármannsson skrifar Skoðun Hver ber ábyrgð þegar allir bera ábyrgð? Snorri Birgisson skrifar Skoðun Aðildarviðræður eru samningaviðræður Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Dagur, bannað að plata! Ásdís Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Íslenska sumarveðrið dýrmæt auðlind? Gunnar Salvarssson skrifar Skoðun Við þurfum ekki að kaupa gervigreindarfullveldið að utan Hafsteinn Einarsson skrifar Skoðun Fullvinnsla heima, tollfrjálsir markaðir og raunhæf leið til að styrkja Krónuna og landsbyggðina Eggert Guðmundsson skrifar Skoðun Ég hélt að ég væri bara óvenju hrætt foreldri Heiðrún V. Ingudóttir skrifar Skoðun Siðferðilegt aflátsbréf - Um kerfisbundna notkun góðgerðarstarfs til að kaupa sér starfsleyfi Sigurður Sigurðsson 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 Standast orkufyrirtæki ríkisins grundvallargildi fjármálaráðherra? Embla Einarsdóttir skrifar
Skoðun Stóra leiðréttingarmálið, einhverjir Hollendingar og kollegar Guðlaugur Þór Þórðarson skrifar
Skoðun Fullvinnsla heima, tollfrjálsir markaðir og raunhæf leið til að styrkja Krónuna og landsbyggðina Eggert Guðmundsson skrifar
Skoðun Siðferðilegt aflátsbréf - Um kerfisbundna notkun góðgerðarstarfs til að kaupa sér starfsleyfi Sigurður Sigurðsson skrifar