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 Rödd Íslands athlægi um allan heim Ástþór Magnússon Skoðun Magnús Karl: Fyrsta flokks kennari, fyrsta flokks rektor Þorri Geir Rúnarsson Skoðun Bjarni gleðst yfir tapi mínu í varaformannskjöri Diljá Mist Einarsdóttir Skoðun Er seinnivélin komin? Halla Signý Kristjánsdóttir Skoðun Ingibjörg Gunnarsdóttir - Rektor með framtíðarsýn fyrir Háskola Íslands Ármann Höskuldsson Skoðun Samningamaðurinn Trump & narssisisminn Kristján Reykjalín Vigfússon Skoðun Ég styð Magnús Karl Jón Gnarr Skoðun Af hverju lýgur Alma? Arnar Sigurðsson Skoðun Staða Íslands og niðurbrot vestrænnar samvinnu Þorsteinn Kristinsson Skoðun Woke-ið lifir! Bjarni Snæbjörnsson Skoðun Skoðun Skoðun Magnús Karl: Fyrsta flokks kennari, fyrsta flokks rektor Þorri Geir Rúnarsson skrifar Skoðun Er seinnivélin komin? Halla Signý Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Ingibjörg Gunnarsdóttir - Rektor með framtíðarsýn fyrir Háskola Íslands Ármann Höskuldsson skrifar Skoðun Rödd Íslands athlægi um allan heim Ástþór Magnússon skrifar Skoðun Kolbrún Pálsdóttir – Öflugur leiðtogi fyrir Háskóla Íslands Ágúst Arnar Þráinsson,Kolbrún Lára Kjartansdóttir skrifar Skoðun Lokað á lausnir í leikskólamálum Einar Þorsteinsson skrifar Skoðun Ég styð Magnús Karl Jón Gnarr skrifar Skoðun Hlutverk og sjálfsmynd Íslands á alþjóðavettvangi Guðbjörg Elísa Hafsteinsdóttir skrifar Skoðun Samningamaðurinn Trump & narssisisminn Kristján Reykjalín Vigfússon skrifar Skoðun Hver er hin raunverulega barátta Bandaríkjastjórnar? Elvar Eyvindsson skrifar Skoðun Hættum að segja „Flýttu þér“ Einar Sverrisson skrifar Skoðun Bókasafnið: hjartað í hverjum skóla Stefán Pálsson skrifar Skoðun Áhrif gervigreindar á störf tæknimenntaðra Svana Helen Björnsdóttir skrifar Skoðun Bið eftir talmeinaþjónustu er allt of löng Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Áreiðanleikakannanir á sjálfbærniþáttum fyrirtækja: Hvað sýna nýjustu rannsóknir? Soffía Eydís Björgvinsdóttir skrifar Skoðun Er ég nægilega gott foreldri? Daðey Albertsdóttir,Ásgerður Arna Sófusdóttir skrifar Skoðun Staða Íslands og niðurbrot vestrænnar samvinnu Þorsteinn Kristinsson skrifar Skoðun Upplýst ákvörðun er sterkasta vopn félagsfólks VR Þorsteinn Skúli Sveinsson skrifar Skoðun Um náttúrulögmál og aftengingu Sölvi Tryggvason skrifar Skoðun Styðjum barnafjölskyldur Magnea Gná Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Ósanngjörn skipting kílómetragjalds Njáll Gunnlaugsson skrifar Skoðun Kæru háskólastúdentar - framtíðin er ykkar! Magnús Karl Magnússon skrifar Skoðun Pólska sjónarhornið Halldór Auðar Svansson skrifar Skoðun Bjarni gleðst yfir tapi mínu í varaformannskjöri Diljá Mist Einarsdóttir skrifar Skoðun RÚV: Gefið okkur Eurovision-gleðina aftur! Salvör Gullbrá Þórarinsdóttir skrifar Skoðun Rektor sem gerir ómögulegt mögulegt Vilborg Ása Guðjónsdóttir skrifar Skoðun Léttleiki og lýðræði – kjósum Höllu sem formann VR Björg Gilsdóttir skrifar Skoðun Björn Þorsteinsson er gott rektorsefni Gunnþórunn Guðmundsdóttir,Halldór Guðmundsson skrifar Skoðun Hvað vakir fyrir utanríkisráðherra? Snorri Másson skrifar Skoðun Ingibjörg Gunnarsdóttir - Framtíð Háskóla Íslands Áróra Rós Ingadóttir 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.
Ingibjörg Gunnarsdóttir - Rektor með framtíðarsýn fyrir Háskola Íslands Ármann Höskuldsson Skoðun
Skoðun Ingibjörg Gunnarsdóttir - Rektor með framtíðarsýn fyrir Háskola Íslands Ármann Höskuldsson skrifar
Skoðun Kolbrún Pálsdóttir – Öflugur leiðtogi fyrir Háskóla Íslands Ágúst Arnar Þráinsson,Kolbrún Lára Kjartansdóttir skrifar
Skoðun Hlutverk og sjálfsmynd Íslands á alþjóðavettvangi Guðbjörg Elísa Hafsteinsdóttir skrifar
Skoðun Áreiðanleikakannanir á sjálfbærniþáttum fyrirtækja: Hvað sýna nýjustu rannsóknir? Soffía Eydís Björgvinsdóttir skrifar
Skoðun Björn Þorsteinsson er gott rektorsefni Gunnþórunn Guðmundsdóttir,Halldór Guðmundsson skrifar
Ingibjörg Gunnarsdóttir - Rektor með framtíðarsýn fyrir Háskola Íslands Ármann Höskuldsson Skoðun