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 Frelsi kvenna er ekki vandamálið Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir Skoðun Takk hjúkrunarfræðingar! Siv Friðleifsdóttir Skoðun Hvert fóru þessir tíu milljarðar? Þorvaldur Daníelsson Skoðun Íþróttamannvirki Hveragerðisbæjar Einar Alexander Haraldsson Skoðun Sjávarútvegur, fæðuöryggi og þróun heimsmála Þollý Rósmundsdóttir Skoðun Lýðræðislegur fasisti í Evrópu Hermann Stefánsson Skoðun Mikilvæg uppbygging nýs golfvallar í landi Hafnarfjarðar Kolbrún Magnúsdóttir Skoðun Rýtingur frá RÚV Björn B. Björnsson Skoðun Gegn regnboganum: Hugmyndafræði, umburðarlyndi og frjálslyndi Hjörvar Sigurðsson Skoðun Mataræði og hjartaheilsa Ellen Alma Tryggvadóttir Skoðun Skoðun Skoðun Takk hjúkrunarfræðingar! Siv Friðleifsdóttir skrifar Skoðun Hvert fóru þessir tíu milljarðar? Þorvaldur Daníelsson skrifar Skoðun Frelsi kvenna er ekki vandamálið Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Íþróttamannvirki Hveragerðisbæjar Einar Alexander Haraldsson skrifar Skoðun Ráðabrugg Örn Sigurðsson skrifar Skoðun Viðsnúningur í rekstri og ábyrg uppbygging innviða í Hveragerði Dagný Sif Sigurbjörnsdóttir,Njörður Sigurðsson,Sandra Sigurðardóttir skrifar Skoðun Elskar Sjálfstæðisflokkurinn Hafnarfjörð með upplýsingaóreiðu? Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar Skoðun Tími undanbragða er liðinn – Mætir ráðherra með svör? Hjálmar Hallgrímsson skrifar Skoðun Rýtingur frá RÚV Björn B. Björnsson skrifar Skoðun Dýrkeypt vanþekking og loftslagsblinda Ingu Sæland Sveinn Atli Gunnarsson skrifar Skoðun Þurfa börn kynfræðslu? Indíana Rós Ægisdóttir,Steinn Jóhannsson skrifar Skoðun Við verðum til í tengslum – og þar byrjar líka heilunin Kristín Magdalena Ágústsdóttir skrifar Skoðun Meðvituð blekking um og upplýsingaóreiða um fullveldið Kristinn Karl Brynjarsson skrifar Skoðun Að tala í mótsögn við sjálfan sig eða sitja hjá? Eva Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Fjölbreytt ferðaþjónusta á víðsjárverðum tímum Inga Hlín Pálsdóttir skrifar Skoðun Hvar á láglaunafólk að búa? Finnbjörn A Hermannsson,Sonja Ýr Þorbergsdóttir skrifar Skoðun Skapandi greinar: lykill að nýsköpun Anna Hildur Hildibrandsdóttir skrifar Skoðun Mataræði og hjartaheilsa Ellen Alma Tryggvadóttir skrifar Skoðun Hrein torg, fögur borg Hildur Björnsdóttir skrifar Skoðun Gegn regnboganum: Hugmyndafræði, umburðarlyndi og frjálslyndi Hjörvar Sigurðsson skrifar Skoðun Fyrsta stefna Reykjavíkurborgar um gönguvæna borg Dóra Björt Guðjónsdóttir skrifar Skoðun Rangárþing eystra í atvinnusóknarsvæði höfuðborgarsvæðisins Inger Erla Thomsen skrifar Skoðun Hverskonar borg viljum við? Bolli Héðinsson skrifar Skoðun Röskun hafstrauma er þjóðaröryggismál Jóna Þórey Pétursdóttir skrifar Skoðun Öryggi og gæði í leikskólum – ábyrgð okkar Gunnþórunn Valsdóttir skrifar Skoðun Fagmennska og valddreifing í þágu íbúa Hveragerðis Lárus Jónsson skrifar Skoðun Lýðræðislegur fasisti í Evrópu Hermann Stefánsson skrifar Skoðun Hvar er næsti háskóli? Sjúkrahús? Alþjóðaflugvöllur? Unnur Pétursdóttir skrifar Skoðun Frelsi foreldra eða forsjárhyggja ríkisins? Bergþór Ólason skrifar Skoðun Kynferðisofbeldi gegn börnum – við þurfum að gera betur Sigurþóra Bergsdóttir 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 Viðsnúningur í rekstri og ábyrg uppbygging innviða í Hveragerði Dagný Sif Sigurbjörnsdóttir,Njörður Sigurðsson,Sandra Sigurðardóttir skrifar
Skoðun Elskar Sjálfstæðisflokkurinn Hafnarfjörð með upplýsingaóreiðu? Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar
Skoðun Við verðum til í tengslum – og þar byrjar líka heilunin Kristín Magdalena Ágústsdóttir skrifar
Skoðun Gegn regnboganum: Hugmyndafræði, umburðarlyndi og frjálslyndi Hjörvar Sigurðsson skrifar