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 Fyrir hvern erum við að pósta? Sara Margrét Dougherty Skoðun Mun Ísland missa af hundruðum milljarða? Einar Örn Ólafsson,Daði Pálsson,Jón Kjartan Jónsson,Steinþór Pálsson,Margrét Ágústa Sigurðardóttir Skoðun Hæsta framlag til Loftbrúar frá upphafi staðreynd Eydís Ásbjörnsdóttir Skoðun Einungis tvö kyn Helgi Hrafn Gunnarsson Skoðun Lífæð Vestfjarða hrunin Oddur Jensson Skoðun Fjárhagsstaða Hafnarfjarðar er grafalvarleg og nauðsynlegt að grípa í taumana strax Árni Rúnar Þorvaldsson Skoðun Læsisáætlun án bóka Álfhildur Leifsdóttir,Hólmfríður Jennýjar Árnadóttir Skoðun Aðförin gegn landsbyggðinni Fjóla St. Kristinsdóttir Skoðun Námsmat, aðalnámskrá og fagleg ábyrgð skólastjóra Hjálmar Bogi Hafliðason,Jón Páll Haraldsson,Kristín Jóhannesdóttir,Margrét Sverrisdóttir,Snædís Valsdóttir,Þóranna Rósa Ólafsdóttir Skoðun Ferkílómetrar eða fólk? Hagsmunir Hveragerðis í nýju orkufrumvarpi Lárus Jónsson,Jónas Guðnason Skoðun Skoðun Skoðun Hækkun þar, hækkun hér, á endanum allt kaupið í skattana fer! Jóhann Friðrik Friðriksson skrifar Skoðun Nýr einkunnakvarði er aðeins hluti af sögunni Margrét Lilja Pálsdóttir skrifar Skoðun Skilaboð til landsbyggðarinnar Trausti Hjaltason skrifar Skoðun Hver ber ábyrgð þegar vernd barns týnist milli kerfa? Inga Henriksen skrifar Skoðun Hæsta framlag til Loftbrúar frá upphafi staðreynd Eydís Ásbjörnsdóttir skrifar Skoðun Öryggi þjóðarinnar verður ekki tryggt í Excel-skjali Bryndís Haraldsdóttir skrifar Skoðun Þegar stóru ríkin verða veikasti hlekkurinn Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Viðreisn – góð stefna dugar ekki ein og sér Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Lífæð Vestfjarða hrunin Oddur Jensson skrifar Skoðun Fjárhagsstaða Hafnarfjarðar er grafalvarleg og nauðsynlegt að grípa í taumana strax Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar Skoðun Hallgrímskirkja heillar Sigurður Árni Þórðarson skrifar Skoðun Sameiginleg þjónusta þarf að vera aðgengileg öllum Haraldur Líndal Haraldsson skrifar Skoðun Ferkílómetrar eða fólk? Hagsmunir Hveragerðis í nýju orkufrumvarpi Lárus Jónsson,Jónas Guðnason skrifar Skoðun Þegar báðir græða Arnar Sigurðsson skrifar Skoðun Opið bréf til innviðaráðherra og atvinnuvegaráðherra Örvar Marteinsson skrifar Skoðun Hver króna skilar sér margfalt tilbaka! Nokkur dæmi um ráðdeild í rekstri Borgarbókasafnsins Guðrún Dís Jónatansdóttir skrifar Skoðun Bókaklúbbur borgarstjórans Michelle Spinei skrifar Skoðun Mun Ísland missa af hundruðum milljarða? Einar Örn Ólafsson,Daði Pálsson,Jón Kjartan Jónsson,Steinþór Pálsson,Margrét Ágústa Sigurðardóttir skrifar Skoðun Fyrir hvern erum við að pósta? Sara Margrét Dougherty skrifar Skoðun Nýi kaflinn í iðnsögunni Tinna Traustadóttir skrifar Skoðun Loftbrú: Ráðherra í 0% tengingu við landsbyggðina Ásta Kristín Pjetursdóttir skrifar Skoðun Er þetta ekki nóg? Sigurður Líndal Þórisson skrifar Skoðun Hver á takkana? Þegar aðrir snerta gömul sálræn sár Sigríður Björk Þormar skrifar Skoðun Námsmat, aðalnámskrá og fagleg ábyrgð skólastjóra Hjálmar Bogi Hafliðason,Jón Páll Haraldsson,Kristín Jóhannesdóttir,Margrét Sverrisdóttir,Snædís Valsdóttir,Þóranna Rósa Ólafsdóttir skrifar Skoðun Orð eru ekki heldur stefna – opið bréf til bæjarstjóra Ölfuss Nichole Leigh Mosty skrifar Skoðun Aðeins annar hluti jöfnunnar er ekki nóg Sveinn Ólafsson skrifar Skoðun Einungis tvö kyn Helgi Hrafn Gunnarsson skrifar Skoðun Hvernig viljum við eldast? Janus Guðlaugsson skrifar Skoðun Þekkingin hefur aukist en hvað með þjónustuna? Hanna Birna Valdimarsdóttir skrifar Skoðun Læsisáætlun án bóka Álfhildur Leifsdóttir,Hólmfríður Jennýjar Árnadóttir 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.
Mun Ísland missa af hundruðum milljarða? Einar Örn Ólafsson,Daði Pálsson,Jón Kjartan Jónsson,Steinþór Pálsson,Margrét Ágústa Sigurðardóttir Skoðun
Fjárhagsstaða Hafnarfjarðar er grafalvarleg og nauðsynlegt að grípa í taumana strax Árni Rúnar Þorvaldsson Skoðun
Námsmat, aðalnámskrá og fagleg ábyrgð skólastjóra Hjálmar Bogi Hafliðason,Jón Páll Haraldsson,Kristín Jóhannesdóttir,Margrét Sverrisdóttir,Snædís Valsdóttir,Þóranna Rósa Ólafsdóttir Skoðun
Ferkílómetrar eða fólk? Hagsmunir Hveragerðis í nýju orkufrumvarpi Lárus Jónsson,Jónas Guðnason Skoðun
Skoðun Hækkun þar, hækkun hér, á endanum allt kaupið í skattana fer! Jóhann Friðrik Friðriksson skrifar
Skoðun Fjárhagsstaða Hafnarfjarðar er grafalvarleg og nauðsynlegt að grípa í taumana strax Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar
Skoðun Ferkílómetrar eða fólk? Hagsmunir Hveragerðis í nýju orkufrumvarpi Lárus Jónsson,Jónas Guðnason skrifar
Skoðun Hver króna skilar sér margfalt tilbaka! Nokkur dæmi um ráðdeild í rekstri Borgarbókasafnsins Guðrún Dís Jónatansdóttir skrifar
Skoðun Mun Ísland missa af hundruðum milljarða? Einar Örn Ólafsson,Daði Pálsson,Jón Kjartan Jónsson,Steinþór Pálsson,Margrét Ágústa Sigurðardóttir skrifar
Skoðun Námsmat, aðalnámskrá og fagleg ábyrgð skólastjóra Hjálmar Bogi Hafliðason,Jón Páll Haraldsson,Kristín Jóhannesdóttir,Margrét Sverrisdóttir,Snædís Valsdóttir,Þóranna Rósa Ólafsdóttir skrifar
Mun Ísland missa af hundruðum milljarða? Einar Örn Ólafsson,Daði Pálsson,Jón Kjartan Jónsson,Steinþór Pálsson,Margrét Ágústa Sigurðardóttir Skoðun
Fjárhagsstaða Hafnarfjarðar er grafalvarleg og nauðsynlegt að grípa í taumana strax Árni Rúnar Þorvaldsson Skoðun
Námsmat, aðalnámskrá og fagleg ábyrgð skólastjóra Hjálmar Bogi Hafliðason,Jón Páll Haraldsson,Kristín Jóhannesdóttir,Margrét Sverrisdóttir,Snædís Valsdóttir,Þóranna Rósa Ólafsdóttir Skoðun
Ferkílómetrar eða fólk? Hagsmunir Hveragerðis í nýju orkufrumvarpi Lárus Jónsson,Jónas Guðnason Skoðun