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 Væri Albert ekki frægur, íslenskur íþróttamaður Drífa Snædal Skoðun Ég á þetta ég má þetta Arnar Atlason Skoðun Sveitarstjórn Grímsnes- og Grafningshrepps neitar að vinna vinnuna sína Ragna Ívarsdóttir,Guðrún Margrét Njálsdóttir,Þröstur Sverrisson Skoðun Er C svona sjö? Ívar Rafn Jónsson Skoðun Skuggi Dostójevskís og Vladimir Pútín Sigurður Árni Þórðarson Skoðun Jafnréttisbrot íslenskra stjórnvalda Huginn Þór Grétarsson Skoðun 54 dögum síðar Margrét Ágústa Sigurðardóttir Skoðun Brýtur Reykjavíkurborg vísvitandi á hlutastarfandi starfsmönnum með samþykki stéttarfélaga? Agnar Þór Guðmundsson Skoðun Selir eru mikilvægari en börn Elías Blöndal Guðjónsson Skoðun Er endurhæfing happdrætti? Svana Helen Björnsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Selir eru mikilvægari en börn Elías Blöndal Guðjónsson skrifar Skoðun Fjarðarheiðargöng: Lífshætta, loforð og lokaðar dyr Eygló Björg Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Vitund - hin ósýnilega breytingavél Þórdís Filipsdóttir skrifar Skoðun Málfrelsi Hjörvar Sigurðsson skrifar Skoðun Gleðilega hátíð og baráttukveðjur Alma Ýr Ingólfsdóttir skrifar Skoðun Fatlað fólk ber ekki ábyrgð á velferð samfélagsins Rúnar Björn Herrera Þorkelsson skrifar Skoðun Er C svona sjö? Ívar Rafn Jónsson skrifar Skoðun Það þarf ekki krísu til að reka borg af ábyrgð Þórdís Lóa Þórhallsdóttir skrifar Skoðun Enginn er „bara fangi“ eða glæpamaður Gylfi Þorkelsson skrifar Skoðun Skuggi Dostójevskís og Vladimir Pútín Sigurður Árni Þórðarson skrifar Skoðun Eiga þakklæti og pólitík samleið? Berglind Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Brýtur Reykjavíkurborg vísvitandi á hlutastarfandi starfsmönnum með samþykki stéttarfélaga? Agnar Þór Guðmundsson skrifar Skoðun Jafnréttisbrot íslenskra stjórnvalda Huginn Þór Grétarsson skrifar Skoðun Hatur fyrir hagnað Jón Frímann Jónsson skrifar Skoðun Er endurhæfing happdrætti? Svana Helen Björnsdóttir skrifar Skoðun Sveitarstjórn Grímsnes- og Grafningshrepps neitar að vinna vinnuna sína Ragna Ívarsdóttir,Guðrún Margrét Njálsdóttir,Þröstur Sverrisson skrifar Skoðun Hafa ferðamenn ekki áhuga á fornleifum? Eva Bryndís Ágústsdóttir,Arthur Knut Farestveit skrifar Skoðun Stafrænt ofbeldi lifir ekki í tómarúmi – það lifir í þögninni Erla Hrönn Hörpu Unnsteinsdóttir skrifar Skoðun 54 dögum síðar Margrét Ágústa Sigurðardóttir skrifar Skoðun Ríkisstjórn sem getur og gerir í stað þess að standa kyrr Guðmundur Ari Sigurjónsson skrifar Skoðun Væri Albert ekki frægur, íslenskur íþróttamaður Drífa Snædal skrifar Skoðun Meðferð ungmenna í vanda er miklu meira en takmörkuð sálfræðimeðferð og lyfjagjafir. Davíð Bergmann skrifar Skoðun Lesblindir og vinnustaður framtíðarinnar Guðmundur S. Johnsen skrifar Skoðun Réttarríki barna: Færum tálmun úr geðþótta í lögbundið ferli Halldóra Lillý Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Kaffistofa Samhjálpar og minnstu bræður okkar Einar Baldvin skrifar Skoðun Erfðafjárskattur og vondir skattar Helgi Tómasson skrifar Skoðun Sagan um þorskinn og sjálfstæðið Svanur Guðmundsson skrifar Skoðun Hvatning til Seðlabankans um að slaka á lánþegaskilyrðum Halla Gunnarsdóttir,Sigurður Hannesson skrifar Skoðun Réttlæti í almannatryggingum Eggert Sigurbergsson skrifar Skoðun Veljum íslensk jólatré – styðjum skógrækt og umhverfið Ragnhildur Freysteinsdóttir 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.
Sveitarstjórn Grímsnes- og Grafningshrepps neitar að vinna vinnuna sína Ragna Ívarsdóttir,Guðrún Margrét Njálsdóttir,Þröstur Sverrisson Skoðun
Brýtur Reykjavíkurborg vísvitandi á hlutastarfandi starfsmönnum með samþykki stéttarfélaga? Agnar Þór Guðmundsson Skoðun
Skoðun Brýtur Reykjavíkurborg vísvitandi á hlutastarfandi starfsmönnum með samþykki stéttarfélaga? Agnar Þór Guðmundsson skrifar
Skoðun Sveitarstjórn Grímsnes- og Grafningshrepps neitar að vinna vinnuna sína Ragna Ívarsdóttir,Guðrún Margrét Njálsdóttir,Þröstur Sverrisson skrifar
Skoðun Hafa ferðamenn ekki áhuga á fornleifum? Eva Bryndís Ágústsdóttir,Arthur Knut Farestveit skrifar
Skoðun Stafrænt ofbeldi lifir ekki í tómarúmi – það lifir í þögninni Erla Hrönn Hörpu Unnsteinsdóttir skrifar
Skoðun Meðferð ungmenna í vanda er miklu meira en takmörkuð sálfræðimeðferð og lyfjagjafir. Davíð Bergmann skrifar
Skoðun Réttarríki barna: Færum tálmun úr geðþótta í lögbundið ferli Halldóra Lillý Jóhannsdóttir skrifar
Skoðun Hvatning til Seðlabankans um að slaka á lánþegaskilyrðum Halla Gunnarsdóttir,Sigurður Hannesson skrifar
Skoðun Veljum íslensk jólatré – styðjum skógrækt og umhverfið Ragnhildur Freysteinsdóttir skrifar
Sveitarstjórn Grímsnes- og Grafningshrepps neitar að vinna vinnuna sína Ragna Ívarsdóttir,Guðrún Margrét Njálsdóttir,Þröstur Sverrisson Skoðun
Brýtur Reykjavíkurborg vísvitandi á hlutastarfandi starfsmönnum með samþykki stéttarfélaga? Agnar Þór Guðmundsson Skoðun