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 Landráðabrigsl og skrípaleikir Einar Kárason Skoðun Íbúðalán í raunheimum: Svar við athugasemdum Gauta B. Eggertssonar Agnar Tómas Möller Skoðun Mín kynslóð brást! Margrét Kristmannsdóttir Skoðun Draugasögur nútímans Ingólfur Sverrisson Skoðun Hér býr fólk! Rödd íbúa á framkvæmdasvæði Miðbæjar í mótun í Kópavogi Elín Kona Eddudóttir Skoðun EES eða ESB – þar er efinn Dóra Sif Tynes Skoðun Af hverju ég kýs Já 29. ágúst Halldór Jörgen Olesen Skoðun Yfir 2.000 til 3000 milljarða tap á 15 - 17 árum – og enginn ber ábyrgð Sigurður Sigurðsson Skoðun Hinn háværi minnihluti Unnar Geir Unnarsson Skoðun Fyrst þarf Ísland að ná niður verðbólgu og vöxtum með krónunni. Þá fyrst kemur evran til greina Jón Helgi Egilsson Skoðun Skoðun Skoðun Hinir miklu alvitringar Baldur Vignir Karlsson skrifar Skoðun Evrópuherinn og hlutur Íslendinga Haraldur Ólafsson skrifar Skoðun Var þetta kosningaloforðið? Fannar Logi Waldorff Sigurðsson skrifar Skoðun Mín kynslóð brást! Margrét Kristmannsdóttir skrifar Skoðun Kerfið sem síar fjármuni út úr ríkissjóði bakdyramegin Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Hvaða áhrif hefur það á hlaupara að hlaupa fyrir góðan málstað? Þórdís Lilja Gísladóttir skrifar Skoðun Draugasögur nútímans Ingólfur Sverrisson skrifar Skoðun Hinn háværi minnihluti Unnar Geir Unnarsson skrifar Skoðun Af hverju ég kýs Já 29. ágúst Halldór Jörgen Olesen skrifar Skoðun Ofan í skotgrafirnar Júlíus Valsson skrifar Skoðun Hvað kostar núverandi staða verslunina og íslenska neytendur? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Ferðaþjónusta fatlaðra Atli Már Haraldsson Zebitz skrifar Skoðun Lesum í sumar – börnin okkar fylgjast með Jón Heiðar Gunnarsson skrifar Skoðun Íbúðalán í raunheimum: Svar við athugasemdum Gauta B. Eggertssonar Agnar Tómas Möller skrifar Skoðun Landráðabrigsl og skrípaleikir Einar Kárason skrifar Skoðun EES eða ESB – þar er efinn Dóra Sif Tynes skrifar Skoðun Hér býr fólk! Rödd íbúa á framkvæmdasvæði Miðbæjar í mótun í Kópavogi Elín Kona Eddudóttir skrifar Skoðun Fyrst þarf Ísland að ná niður verðbólgu og vöxtum með krónunni. Þá fyrst kemur evran til greina Jón Helgi Egilsson skrifar Skoðun Meira en Kaupmannahafnarskilyrðin Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Þegar nýbakaðir foreldrar lenda á vegg Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Er það hræðsla að segja nei? Hnikarr Bjarmi Franklínsson skrifar Skoðun Hvað er mikilvægast? Jónas Hagan Guðmundsson skrifar Skoðun Yfir 2.000 til 3000 milljarða tap á 15 - 17 árum – og enginn ber ábyrgð Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Reykjavík er frjáls Björg Magnúsdóttir skrifar Skoðun Að kveðja verðtrygginguna: Stærsta kjarabót sem íslensk heimili geta fengið Sveinn Atli Gunnarsson skrifar Skoðun Sumarhátíðir, rándýrir vextir og óopnað umslag Pétur Marteinsson skrifar Skoðun Innan ESB „mun Ísland stjórna fiskveiðum í Norður-Atlantshafi“ Óli Rúnar Ástþórsson skrifar Skoðun Hver þorir næst? Knútur Emil Jónasson,Dagmar Ýr Stefánsdóttir,Hermann Ingi Gunnarsson,Unnur Brá Konráðsdóttir,Jóhanna Hreinsdóttir,Ásta Stefánsdóttir,Aldís Hafsteinsdóttir,Bergþór Bjarnason,Haraldur Þór Jónsson skrifar Skoðun Orð skipta máli Birgitta Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Jákvæða hliðin á minkamálinu Atli Sævar Guðmundsson 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.
Hér býr fólk! Rödd íbúa á framkvæmdasvæði Miðbæjar í mótun í Kópavogi Elín Kona Eddudóttir Skoðun
Fyrst þarf Ísland að ná niður verðbólgu og vöxtum með krónunni. Þá fyrst kemur evran til greina Jón Helgi Egilsson Skoðun
Skoðun Hvaða áhrif hefur það á hlaupara að hlaupa fyrir góðan málstað? Þórdís Lilja Gísladóttir skrifar
Skoðun Hvað kostar núverandi staða verslunina og íslenska neytendur? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar
Skoðun Íbúðalán í raunheimum: Svar við athugasemdum Gauta B. Eggertssonar Agnar Tómas Möller skrifar
Skoðun Hér býr fólk! Rödd íbúa á framkvæmdasvæði Miðbæjar í mótun í Kópavogi Elín Kona Eddudóttir skrifar
Skoðun Fyrst þarf Ísland að ná niður verðbólgu og vöxtum með krónunni. Þá fyrst kemur evran til greina Jón Helgi Egilsson skrifar
Skoðun Yfir 2.000 til 3000 milljarða tap á 15 - 17 árum – og enginn ber ábyrgð Sigurður Sigurðsson skrifar
Skoðun Að kveðja verðtrygginguna: Stærsta kjarabót sem íslensk heimili geta fengið Sveinn Atli Gunnarsson skrifar
Skoðun Hver þorir næst? Knútur Emil Jónasson,Dagmar Ýr Stefánsdóttir,Hermann Ingi Gunnarsson,Unnur Brá Konráðsdóttir,Jóhanna Hreinsdóttir,Ásta Stefánsdóttir,Aldís Hafsteinsdóttir,Bergþór Bjarnason,Haraldur Þór Jónsson skrifar
Hér býr fólk! Rödd íbúa á framkvæmdasvæði Miðbæjar í mótun í Kópavogi Elín Kona Eddudóttir Skoðun
Fyrst þarf Ísland að ná niður verðbólgu og vöxtum með krónunni. Þá fyrst kemur evran til greina Jón Helgi Egilsson Skoðun