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 Mesti árangur í útlendingamálum í 9 ár Þorbjörg S Gunnlaugsdóttir Skoðun 24000 Íslendingar telja sig hafa skaðast alvarlega – af hverju er það ekki rannsakað? Jóhannes Loftsson Skoðun Vægi Íslendinga gæti jafnast á við 15 milljónir Þjóðverja Hjálmar Vilhjálmsson Skoðun Af hverju tala þau svona? Guðjón Heiðar Pálsson Skoðun Mörk réttarríkisins og friðhelgi einkasamskipta Erna Bjarnadóttir Skoðun Hvenær urðu Íslendingar svona uppteknir af því að eiga? Valerio Gargiulo Skoðun Hver gætir barnanna þegar kerfið bregst? Inga Sæland Skoðun Mætti sleppa því að blekkja heimilisfólkið Hjörtur J. Guðmundsson Skoðun Verðum við að sætta okkur við meira af bílhræjum og verri umgengni? Bergur Þorri Benjamínsson Skoðun Af hverju fer sérsveitin í fleiri útköll? Davíð Bergmann Skoðun Skoðun Skoðun Hernaðarheilkenni Heimssýnar Gunnar Hólmsteinn Ársælsson skrifar Skoðun Hvað þarf til að verða sjúkraliði? Sandra B. Franks skrifar Skoðun Flýtum tvöföldun Vesturlandsvegar – í þágu umferðaröryggis Björn Bjarki Þorsteinsson skrifar Skoðun 24000 Íslendingar telja sig hafa skaðast alvarlega – af hverju er það ekki rannsakað? Jóhannes Loftsson skrifar Skoðun Sjálfbært laxeldi á Íslandi Kristján Ingimarsson skrifar Skoðun Þau læra það börnin sem fyrir þeim er haft Gunnar Björgvinsson skrifar Skoðun Hvenær urðu Íslendingar svona uppteknir af því að eiga? Valerio Gargiulo skrifar Skoðun Verðum við að sætta okkur við meira af bílhræjum og verri umgengni? Bergur Þorri Benjamínsson skrifar Skoðun Vægi Íslendinga gæti jafnast á við 15 milljónir Þjóðverja Hjálmar Vilhjálmsson skrifar Skoðun Af hverju tala þau svona? Guðjón Heiðar Pálsson skrifar Skoðun Hver gætir barnanna þegar kerfið bregst? Inga Sæland skrifar Skoðun Mörk réttarríkisins og friðhelgi einkasamskipta Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Samfélagsmiðlar eru ekki barnaleikur Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Mesti árangur í útlendingamálum í 9 ár Þorbjörg S Gunnlaugsdóttir skrifar Skoðun Mætti sleppa því að blekkja heimilisfólkið Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Verðmæti góðrar vinnustaðamenningar Hólmfríður Jennýar Árnadóttir skrifar Skoðun Ég hélt fyrst að fréttin væri um Sigurð Elías Blöndal Guðjónsson skrifar Skoðun Dregur Útlendingastofnun úr samkeppnishæfni Háskóla Íslands? Rob Chantrey skrifar Skoðun Ég kvíði eftirköstum ESB-kosninganna - Óháð niðurstöðu Þorsteinn Magnússon skrifar Skoðun Ævisaga krónunnar Gestur Valgarðsson skrifar Skoðun Er Ísland með landslið í fótbolta? Jón Páll Haraldsson skrifar Skoðun Hví ekki að velja eitthvað ódýrara en evru? Jóhann Óli Eiðsson skrifar Skoðun Ef Ísland væri gosdrykkur Geir Gígja skrifar Skoðun Af hverju fer sérsveitin í fleiri útköll? Davíð Bergmann skrifar Skoðun Frá leikgleði til afreka Willum Þór Þórsson skrifar Skoðun Ekki éta útsæðið Jóhannes Þór Skúlason skrifar Skoðun Stefnum á svikalaust sumarfrí - það er skemmtilegra Heiðrún Jónsdóttir skrifar Skoðun Hin hagsýna húsmóðir ársins 2026 Alma Dóra Ríkarðsdóttir skrifar Skoðun Réttarríki fyrir lengra komna Arnar Sigurðsson skrifar Skoðun Hvað er að því að vera heimsborgari? Gunnar Salvarsson 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.
24000 Íslendingar telja sig hafa skaðast alvarlega – af hverju er það ekki rannsakað? Jóhannes Loftsson Skoðun
Verðum við að sætta okkur við meira af bílhræjum og verri umgengni? Bergur Þorri Benjamínsson Skoðun
Skoðun Flýtum tvöföldun Vesturlandsvegar – í þágu umferðaröryggis Björn Bjarki Þorsteinsson skrifar
Skoðun 24000 Íslendingar telja sig hafa skaðast alvarlega – af hverju er það ekki rannsakað? Jóhannes Loftsson skrifar
Skoðun Verðum við að sætta okkur við meira af bílhræjum og verri umgengni? Bergur Þorri Benjamínsson skrifar
24000 Íslendingar telja sig hafa skaðast alvarlega – af hverju er það ekki rannsakað? Jóhannes Loftsson Skoðun
Verðum við að sætta okkur við meira af bílhræjum og verri umgengni? Bergur Þorri Benjamínsson Skoðun