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 Missum ekki af orkuskiptalestinni Tómas Þór Þórðarson Skoðun Ert þú með geðsjúkdóm? Mjög líklega... Gísli Hvanndal Jakobsson Skoðun Fimm ástæður fyrir að vextirnir eru á réttri leið Konráð S. Guðjónsson Skoðun Er rökvilla að ganga? Tómas Ellert Tómasson Skoðun „Hvenær var þetta samtal við þjóðina tekið?“ spurði garðyrkjubóndinn Halla Hrund Logadóttir Skoðun Við þekkjum öll einn alkóhólista - hættum að stinga höfðinu í sandinn Bryndís Rós Morrison Skoðun Sérhagsmunagæsla Sjálfstæðisflokks, Framsóknar, VG og Miðflokks dæmd ólögleg Hanna Katrín Friðriksson Skoðun Sjálfstæðisflokkurinn vill afnema skyldu til jafnlaunavottunar! Diljá Mist Einarsdóttir Skoðun Vinnum gullið án klósettpappírs Ásmundur Einar Daðason Skoðun Umbreyting á einni nóttu – Þegar öryrki verður að ellilífeyrisþega Guðmundur Ingi Kristinsson Skoðun Skoðun Skoðun Hvar eru frambjóðendurnir? Jóhann G. Þórarinsson skrifar Skoðun Sterkara flutningskerfi tryggir öruggara rafmagn fyrir heimili og atvinnulíf Fida Abu Libdeh skrifar Skoðun Heima er best? Thelma Rut Haukdal Magnúsdóttir skrifar Skoðun Heimurinn er galopinn frá Norðurlandi eystra Sæunn Gísladóttir skrifar Skoðun Er rökvilla að ganga? Tómas Ellert Tómasson skrifar Skoðun Fimm ástæður fyrir að vextirnir eru á réttri leið Konráð S. Guðjónsson skrifar Skoðun Forðast að tala um meginstefnuna Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Missum ekki af orkuskiptalestinni Tómas Þór Þórðarson skrifar Skoðun Sérhagsmunagæsla Sjálfstæðisflokks, Framsóknar, VG og Miðflokks dæmd ólögleg Hanna Katrín Friðriksson skrifar Skoðun Umbreyting á einni nóttu – Þegar öryrki verður að ellilífeyrisþega Guðmundur Ingi Kristinsson skrifar Skoðun Flokkur fólksins er tilbúinn í ríkisstjórn! Lilja Rafney Magnúsdóttir skrifar Skoðun Vegurinn heim María Rut Kristinsdóttir skrifar Skoðun Vinnum gullið án klósettpappírs Ásmundur Einar Daðason skrifar Skoðun Sjálfstæðisflokkurinn vill afnema skyldu til jafnlaunavottunar! Diljá Mist Einarsdóttir skrifar Skoðun Stjórnskipunar- og eftirlitsnefnd á ekki að vera leikhús Hildur Sverrisdóttir skrifar Skoðun Lítið að frétta í lífi án frétta á landsbyggðunum Skúli Bragi Geirdal skrifar Skoðun Við þekkjum öll einn alkóhólista - hættum að stinga höfðinu í sandinn Bryndís Rós Morrison skrifar Skoðun Mikilvægi samfélagslöggæslu Hafdís Hrönn Hafsteinsdóttir skrifar Skoðun Betra heilbrigðiskerfi fyrir konur Ingibjörg Þóra Haraldsdóttir skrifar Skoðun KVISS BANG! - mætti lausnin sem bjargaði Svíum nýtast okkur ? Jakob Frímann Magnússon skrifar Skoðun Kennaramenntun án afkomuótta: Lykill að sterkari samfélögum Kristín Dýrfjörð skrifar Skoðun Náttúruminjasafn Íslands – klárum verkefnið Hilmar J. Malmquist skrifar Skoðun Inngilding erlends starfsfólks á íslenskum vinnumarkaði Ingunn Björk Vilhjálmsdóttir skrifar Skoðun Að eta útsæði Sigríiður Á. Andersen skrifar Skoðun Kjósum kratana í þágu dýravelferðar Árni Stefán Árnason skrifar Skoðun Þegar dýrt verður allt í einu of dýrt Trausti Hjálmarsson skrifar Skoðun Frelsi alla leið – dánaraðstoð Bryndís Haraldsdóttir skrifar Skoðun Kjósum velferð dýra Þórunn Sveinbjarnardóttir skrifar Skoðun Líf í skugga flugvallar – upplifun íbúa Haukur Magnússon,Margrét Manda Jónsdóttir,Martin Swift skrifar Skoðun Stafrænn heimur og gervigreind til framtíðar Þormóður Logi Björnsson 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.
Sérhagsmunagæsla Sjálfstæðisflokks, Framsóknar, VG og Miðflokks dæmd ólögleg Hanna Katrín Friðriksson Skoðun
Umbreyting á einni nóttu – Þegar öryrki verður að ellilífeyrisþega Guðmundur Ingi Kristinsson Skoðun
Skoðun Sterkara flutningskerfi tryggir öruggara rafmagn fyrir heimili og atvinnulíf Fida Abu Libdeh skrifar
Skoðun Sérhagsmunagæsla Sjálfstæðisflokks, Framsóknar, VG og Miðflokks dæmd ólögleg Hanna Katrín Friðriksson skrifar
Skoðun Umbreyting á einni nóttu – Þegar öryrki verður að ellilífeyrisþega Guðmundur Ingi Kristinsson skrifar
Skoðun Sjálfstæðisflokkurinn vill afnema skyldu til jafnlaunavottunar! Diljá Mist Einarsdóttir skrifar
Skoðun Við þekkjum öll einn alkóhólista - hættum að stinga höfðinu í sandinn Bryndís Rós Morrison skrifar
Skoðun Inngilding erlends starfsfólks á íslenskum vinnumarkaði Ingunn Björk Vilhjálmsdóttir skrifar
Skoðun Líf í skugga flugvallar – upplifun íbúa Haukur Magnússon,Margrét Manda Jónsdóttir,Martin Swift skrifar
Sérhagsmunagæsla Sjálfstæðisflokks, Framsóknar, VG og Miðflokks dæmd ólögleg Hanna Katrín Friðriksson Skoðun
Umbreyting á einni nóttu – Þegar öryrki verður að ellilífeyrisþega Guðmundur Ingi Kristinsson Skoðun