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 Siðferðileg reiði er ekki staðreynd Hilmar Kristinsson Skoðun 100 lítrar á mínútu Sigurður Friðleifsson Skoðun Taktu af skarið – listin að breyta til áður en þú ert tilbúin Þuríður Santos Stefánsdóttir Skoðun Hvaðan koma jólin okkar – og hvað kenna þau okkur um menningu? Margrét Reynisdóttir Skoðun Loftslagsmál: tölur segja sögur en hvaða sögu viljum við? Ingrid Kuhlman Skoðun Þetta varð í alvöru að lögum! Snorri Másson Skoðun Partí í Dúfnahólum 10 Þórlindur Kjartansson Skoðun Stöðugleiki sem viðmið Arnar Laxdal Skoðun Þegar jólasveinninn kemur ekki á hverri nóttu Guðlaugur Kristmundsson Skoðun Hver borgar fyrir heimsendinguna? Karen Ósk Nielsen Björnsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Þegar jólasveinninn kemur ekki á hverri nóttu Guðlaugur Kristmundsson skrifar Skoðun 100 lítrar á mínútu Sigurður Friðleifsson skrifar Skoðun Stöðugleiki sem viðmið Arnar Laxdal skrifar Skoðun Taktu af skarið – listin að breyta til áður en þú ert tilbúin Þuríður Santos Stefánsdóttir skrifar Skoðun Loftslagsmál: tölur segja sögur en hvaða sögu viljum við? Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Hvaðan koma jólin okkar – og hvað kenna þau okkur um menningu? Margrét Reynisdóttir skrifar Skoðun Náungakærleikur á tímum hátíða Hanna Birna Valdimarsdóttir,Harpa Fönn Sigurjónsdóttir,Helga Edwardsdóttir,Sigríður Elín Ásgeirsdóttir skrifar Skoðun Hver borgar fyrir heimsendinguna? Karen Ósk Nielsen Björnsdóttir skrifar Skoðun Innviðir og öryggi í hættu í höndum ráðherra Magnús Guðmundsson skrifar Skoðun „Steraleikarnir“ Birgir Sverrisson skrifar Skoðun Fínpússuð mannvonska Armando Garcia skrifar Skoðun Fólkið sem hverfur... Kristján Fr. Friðbertsson skrifar Skoðun Gengið til friðar Ingibjörg Haraldsdóttir,Elín Oddný Sigurðardóttir skrifar Skoðun Gerið Ásthildi Lóu aftur að ráðherra Einar Steingrímsson skrifar Skoðun Mótmæli bænda í Brussel eru ekki sjónarspil – þau eru viðvörun Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Þegar gigtin stjórnar jólunum Hrönn Stefánsdóttir skrifar Skoðun Fullveldi í framkvæmd Eggert Sigurbergsson skrifar Skoðun Verður Flokkur fólksins að Flótta fólksins? Júlíus Valsson skrifar Skoðun „Rússland hefur ráðist inn í 19 ríki“ - og samt engin ógn? Daði Freyr Ólafsson skrifar Skoðun Fæðuöryggi sem innviðamál í breyttu alþjóðakerfi Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Svona gerum við… fjármagn til áfengis- og vímuefnameðferðar aukið um 850 milljónir Alma Möller skrifar Skoðun Gluggagægir fyrir innan gluggann. Gervigreindin lifnar við Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar Skoðun Samstíga ríkisstjórn í sigri og þraut Kristrún Frostadóttir skrifar Skoðun Vextir á verðtryggðum lánum - ögurstund Hjalti Þórisson skrifar Skoðun Rokk í boði Ríkisins - möguleg tímaskekkja Stefán Ernir Valmundarson skrifar Skoðun Orkuskiptin sem engu máli skiptu Jean-Rémi Chareyre skrifar Skoðun Samtöl við þá sem hurfu of fljótt Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Flugvöllurinn í Reykjavík - fyrir landið allt Einar Sveinbjörn Guðmundsson skrifar Skoðun Gamla fólkið okkar býr við óöryggi – kerfið okkar er að bregðast Valný Óttarsdóttir skrifar Skoðun Siðferðileg reiði er ekki staðreynd Hilmar Kristinsson 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 Taktu af skarið – listin að breyta til áður en þú ert tilbúin Þuríður Santos Stefánsdóttir skrifar
Skoðun Náungakærleikur á tímum hátíða Hanna Birna Valdimarsdóttir,Harpa Fönn Sigurjónsdóttir,Helga Edwardsdóttir,Sigríður Elín Ásgeirsdóttir skrifar
Skoðun Svona gerum við… fjármagn til áfengis- og vímuefnameðferðar aukið um 850 milljónir Alma Möller skrifar
Skoðun Gluggagægir fyrir innan gluggann. Gervigreindin lifnar við Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar