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 Sleppum Borgarlínu - Frítt í strætó – Spörum milljarða Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson,Baldur Borgþórsson Skoðun Ef þetta er ekki þrælahald – hvað er það þá? Ágústa Árnadóttir Skoðun Daði Már og mannauðsmálin Kári Sigurðsson Skoðun Ung hjón á Íslandi eru að kafna – kerfið er að drepa framtíð þeirra Sigurður Sigurðsson Skoðun „Groundhog Day“ í boði réttarkerfisins Davíð Bergmann Skoðun Skerjafjarðargöng – spörum tíma í umferðinni Hilmar Ingimundarson Skoðun Hvað ertu að gera við sparnaðinn? Jóhann Óskar Jóhannsson Skoðun Að loka á foreldri er ekki einfaldasta leiðin Sahara Rós Blandon Skoðun Við látum stjórnast af sértrú í peningamálum Örn Karlsson Skoðun Félagshagfræðileg greining Sundabrautar er byggð á sandi Hans Guttormur Þormar Skoðun Skoðun Skoðun Sleppum Borgarlínu - Frítt í strætó – Spörum milljarða Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson,Baldur Borgþórsson skrifar Skoðun Félagshagfræðileg greining Sundabrautar er byggð á sandi Hans Guttormur Þormar skrifar Skoðun Opið bréf til kjörinna fulltrúa: Íslensk náttúra, villtir laxastofnar og sameiginlegar auðlindir þjóðarinnar eru ekki tilraunaverkefni Agnar Már Másson skrifar Skoðun Innanbúðarátök á stjórnarheimilinu Sigurður Páll Jónsson skrifar Skoðun Sameining sýslumanna samþykkt – stofnunum fækkað um 5% Þorbjörg Sigríður Gunnlaugsdóttir skrifar Skoðun Við látum stjórnast af sértrú í peningamálum Örn Karlsson skrifar Skoðun „Groundhog Day“ í boði réttarkerfisins Davíð Bergmann skrifar Skoðun Skattar hér, skattar þar, skattar alls staðar Rósa Guðbjartsdóttir skrifar Skoðun Flækjur í fjölskyldum Matthildur Björnsdóttir skrifar Skoðun Frístundastarf mikilvæg stoð í menntakerfi Reykjavíkurborgar Steinn Jóhannsso,Soffía Pálsdóttir skrifar Skoðun Skerjafjarðargöng – spörum tíma í umferðinni Hilmar Ingimundarson skrifar Skoðun Hvað ertu að gera við sparnaðinn? Jóhann Óskar Jóhannsson skrifar Skoðun Valdboð í stað samtals – hættulegur tíðarandi Finnbjörn A. Hermannsson skrifar Skoðun Tvær milljónir barna deyja í þögn Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Stóra sleggjan Gunnar Einarsson skrifar Skoðun Daði Már og mannauðsmálin Kári Sigurðsson skrifar Skoðun Orðaleppar og annað óþolandi Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun Eru tæknilegar forsendur orkuskipta til staðar? Eyþór Eðvarðsson skrifar Skoðun Mýrar skipta máli - Alþjóðlegur dagur votlendis Álfur Birkir Bjarnason skrifar Skoðun Varnarstefna uppgjafar – hvað ef íslenska handboltalandsliðið hugsaði svona Arnór Sigurjónsson skrifar Skoðun Myndir þú vilja losna við áhyggjur? Sóley Dröfn Davíðsdóttir skrifar Skoðun Börn í brennidepli – samfélagsleg ábyrgð okkar allra Hákon Skúlason,Jóhanna Pálsdóttir skrifar Skoðun Getur hver sem er boðið sig fram til sveitarstjórna? Lovísa Oktovía Eyvindsdóttir skrifar Skoðun Sleggjunni beitt – gegn almenningi Þorsteinn Sæmundsson skrifar Skoðun Borgarlínan verður kosningamálið í vor Þórir Garðarsson skrifar Skoðun Framboð sem byggir á trú á Akureyri Berglind Ósk Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Fjölskyldueinelti, skömmin og Beckham-fjölskyldan Sigríður Svanborgardóttir skrifar Skoðun Ung hjón á Íslandi eru að kafna – kerfið er að drepa framtíð þeirra Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Sterk heilsugæsla um allt land Alma D. Möller,Jón Magnús Kristinsson skrifar Skoðun Vissulega miklu meira en tollabandalag Hjörtur J. 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.
Sleppum Borgarlínu - Frítt í strætó – Spörum milljarða Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson,Baldur Borgþórsson Skoðun
Skoðun Sleppum Borgarlínu - Frítt í strætó – Spörum milljarða Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson,Baldur Borgþórsson skrifar
Skoðun Opið bréf til kjörinna fulltrúa: Íslensk náttúra, villtir laxastofnar og sameiginlegar auðlindir þjóðarinnar eru ekki tilraunaverkefni Agnar Már Másson skrifar
Skoðun Sameining sýslumanna samþykkt – stofnunum fækkað um 5% Þorbjörg Sigríður Gunnlaugsdóttir skrifar
Skoðun Frístundastarf mikilvæg stoð í menntakerfi Reykjavíkurborgar Steinn Jóhannsso,Soffía Pálsdóttir skrifar
Skoðun Varnarstefna uppgjafar – hvað ef íslenska handboltalandsliðið hugsaði svona Arnór Sigurjónsson skrifar
Skoðun Börn í brennidepli – samfélagsleg ábyrgð okkar allra Hákon Skúlason,Jóhanna Pálsdóttir skrifar
Skoðun Ung hjón á Íslandi eru að kafna – kerfið er að drepa framtíð þeirra Sigurður Sigurðsson skrifar
Sleppum Borgarlínu - Frítt í strætó – Spörum milljarða Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson,Baldur Borgþórsson Skoðun