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 Opið bréf til Einars Þorsteinssonar og Hildar Björnsdóttur - Hafið þið enga sómakennd? Linda Ósk Sigurðardóttir Skoðun Hugleiðing á konudag Sigurður Ingi Arnars Unuson Skoðun Áfastur plasttappi lýðræðisins? Ingunn Björnsdóttir Skoðun Harka af sér og halda áfram Hulda Jónsdóttir Tölgyes Skoðun Söngvakeppnin og hömlulaus áfengisdýrkun Björn Sævar Einarsson Skoðun Hafnaðir þú Margrét Sanders? Páll Erlingsson,María Petrína Berg,Fjóla Ævarsdóttir,Sigrún Gróa Magnúsdóttir Skoðun Áfram kennarar! Kristbjörg Þórisdóttir,Bragi Reynir Sæmundsson Skoðun Landshornalýðurinn á Hálsunum Hákon Gunnarsson Skoðun Áfastur plasttappi lýðræðisins Þórður Snær Júlíusson Skoðun Aðgát skal höfð... Hildur Þöll Ágústsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Plasttappamálið og skrækjandi þingmenn Birgir Dýrfjörð skrifar Skoðun Áfastur plasttappi lýðræðisins? Ingunn Björnsdóttir skrifar Skoðun Stétt með stétt? Helgi Áss Grétarsson skrifar Skoðun Áfram kennarar! Kristbjörg Þórisdóttir,Bragi Reynir Sæmundsson skrifar Skoðun Landshornalýðurinn á Hálsunum Hákon Gunnarsson skrifar Skoðun Minni kvenna - lofræða gervigreindar til hinnar íslensku konu Steinar Birgisson skrifar Skoðun Forvarnarsamtök óska skýringa á seinagangi Árni Einarsson skrifar Skoðun Hugleiðing á konudag Sigurður Ingi Arnars Unuson skrifar Skoðun Áslaug Arna Sigurbjörnsdóttir til formanns Sjálfstæðisflokksins -Kraftur nýrra tíma Svanur Guðmundsson skrifar Skoðun Hafnaðir þú Margrét Sanders? Páll Erlingsson,María Petrína Berg,Fjóla Ævarsdóttir,Sigrún Gróa Magnúsdóttir skrifar Skoðun Viðbrögð barna við sorg Matthildur Bjarnadóttir skrifar Skoðun Hvort er meira í anda Sjálfstæðisflokksins? Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Áslaug Arna er leiðtoginn sem Sjálfstæðisflokkurinn þarf Hafrún Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Aðgát skal höfð... Hildur Þöll Ágústsdóttir skrifar Skoðun Opið bréf til Einars Þorsteinssonar og Hildar Björnsdóttur - Hafið þið enga sómakennd? Linda Ósk Sigurðardóttir skrifar Skoðun Sameinumst – stétt með stétt Sævar Jónsson skrifar Skoðun Opið bréf til bæjarstjóra Kópavogs Ágústa Dröfn Kristleifsdóttir skrifar Skoðun Stjórn Sambands íslenskra sveitarfélaga er sama um menntun barna en hvað með foreldra? Helga C Reynisdóttir skrifar Skoðun Söngvakeppnin og hömlulaus áfengisdýrkun Björn Sævar Einarsson skrifar Skoðun Íþróttastarf fyrir alla Guðmundur Sigurbergsson,Ingvar Sverrisson,Hrafnkell Marínósson skrifar Skoðun Á hlóðum Mennta- og barnamálaráðuneytisins Meyvant Þórólfsson skrifar Skoðun Að verja friðinn Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir skrifar Skoðun 12 spor ríkisstjórnarinnar Guðmundur Ingi Þóroddsson skrifar Skoðun Færni í nýsköpun krefst þjálfunar Ingibjörg Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Þorgerður áttar sig á gildi fullveldisins Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Góðir vegir – Aukin lífsgæði og blómlegt atvinnulíf Edda Rut Björnsdóttir skrifar Skoðun Háskóli Íslands fyrir öll - Rektorsframboð Silju Báru Ólöf Bjarki Antons og Atli María Kjeld skrifar Skoðun Áfastur plasttappi lýðræðisins Þórður Snær Júlíusson skrifar Skoðun Um Varasjóð VR Flosi Eiríksson skrifar Skoðun Töfrakista tækifæranna Hrefna Óskarsdóttir 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.
Opið bréf til Einars Þorsteinssonar og Hildar Björnsdóttur - Hafið þið enga sómakennd? Linda Ósk Sigurðardóttir Skoðun
Hafnaðir þú Margrét Sanders? Páll Erlingsson,María Petrína Berg,Fjóla Ævarsdóttir,Sigrún Gróa Magnúsdóttir Skoðun
Skoðun Áslaug Arna Sigurbjörnsdóttir til formanns Sjálfstæðisflokksins -Kraftur nýrra tíma Svanur Guðmundsson skrifar
Skoðun Hafnaðir þú Margrét Sanders? Páll Erlingsson,María Petrína Berg,Fjóla Ævarsdóttir,Sigrún Gróa Magnúsdóttir skrifar
Skoðun Opið bréf til Einars Þorsteinssonar og Hildar Björnsdóttur - Hafið þið enga sómakennd? Linda Ósk Sigurðardóttir skrifar
Skoðun Stjórn Sambands íslenskra sveitarfélaga er sama um menntun barna en hvað með foreldra? Helga C Reynisdóttir skrifar
Skoðun Íþróttastarf fyrir alla Guðmundur Sigurbergsson,Ingvar Sverrisson,Hrafnkell Marínósson skrifar
Skoðun Háskóli Íslands fyrir öll - Rektorsframboð Silju Báru Ólöf Bjarki Antons og Atli María Kjeld skrifar
Opið bréf til Einars Þorsteinssonar og Hildar Björnsdóttur - Hafið þið enga sómakennd? Linda Ósk Sigurðardóttir Skoðun
Hafnaðir þú Margrét Sanders? Páll Erlingsson,María Petrína Berg,Fjóla Ævarsdóttir,Sigrún Gróa Magnúsdóttir Skoðun