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 Halldór 18.01.2025 Halldór Er heimurinn á leið til helvítis? Árni Sigurðsson Skoðun Blað brotið í húsnæðismálum: VR Blær afhendir sínar fyrstu íbúðir Halla Gunnarsdóttir,Ragnar Þór Ingólfsson Skoðun Upplýsingaóreiða og rannsóknir á mettaðri fitu Hópur lækna Skoðun Fögnum vopnahléi og krefjumst varanlegs friðar Svandís Svavarsdóttir,Guðmundur Ingi Guðbrandsson Skoðun Vinnum í lausnum Edda Sif Pind Aradóttir Skoðun Kóngar vímuefnaheimsins Lára G. Sigurðardóttir Skoðun Hvað með það þótt sérfræðingar að sunnan fari í verkfall? Silja Bára Ómarsdóttir Skoðun Svar við „Upplýsingaóreiða og rannsóknir á mettaðri fitu“ Rajan Parrikar Skoðun Frelsi til sölu Anton Guðmundsson Skoðun Skoðun Skoðun 13,5 milljónir Sigurður Freyr Sigurðarson skrifar Skoðun Að vera léttvægur fundinn Guðmunda G. Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Fögnum vopnahléi og krefjumst varanlegs friðar Svandís Svavarsdóttir,Guðmundur Ingi Guðbrandsson skrifar Skoðun Er heimurinn á leið til helvítis? Árni Sigurðsson skrifar Skoðun Vinnum í lausnum Edda Sif Pind Aradóttir skrifar Skoðun Blað brotið í húsnæðismálum: VR Blær afhendir sínar fyrstu íbúðir Halla Gunnarsdóttir,Ragnar Þór Ingólfsson skrifar Skoðun Frelsi til sölu Anton Guðmundsson skrifar Skoðun Loftmengun yfir áramótin og mikilvægi inniloftsgæða allt árið Sylgja Dögg Sigurjónsdóttir,Árna Benediktsdóttir skrifar Skoðun Leikskólakerfið á krossgötum: Gæði eða hraði? Svava Björg Mörk skrifar Skoðun Hvað með það þótt sérfræðingar að sunnan fari í verkfall? Silja Bára Ómarsdóttir skrifar Skoðun Svar við „Upplýsingaóreiða og rannsóknir á mettaðri fitu“ Rajan Parrikar skrifar Skoðun Dýr eiga skilið samúð og umhyggju Anna Berg Samúelsdóttir skrifar Skoðun Upplýsingaóreiða og rannsóknir á mettaðri fitu Hópur lækna skrifar Skoðun Gervigreind og markþjálfun: Samvinna eða samkeppni? Ásta Guðrún Guðbrandsdóttir skrifar Skoðun Bjarni Ben í þátíð Guðmundur Einarsson skrifar Skoðun Ísland og stórveldin Reynir Böðvarsson skrifar Skoðun Brjóstakrabbamein – náum enn meiri árangri með stóraukinni þátttöku í skimun Halla Þorvaldsdóttir skrifar Skoðun Ósvífin olíugjöld kynda undir verðbólgu Ólafur Stephensen skrifar Skoðun Eru skattar og gjöld verðmætasköpun? Bjarnheiður Hallsdóttir skrifar Skoðun Hvað er græni veggurinn að reyna að segja okkur? Bjarki Gunnar Halldórsson skrifar Skoðun Sorg barna - Sektarkennd og samviskubit Matthildur Bjarnadóttir skrifar Skoðun Í leikskóla er gaman – þegar það má mæta Valentina Tinganelli,Eyjólfur Sigurjónsson,Elísabet Erlendsdóttir,Sigrún Torfadóttir,Daniel Karlsson,Særún Ósk Böðvarsdóttir,Anna Margrét Arthúrsdóttir,,Una Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Ísland verði Noregur á sterum: Sannleikurinn er lyginni líkastur- náttúruauðlindir fást gefins Björn Ólafsson skrifar Skoðun Hvers vegna hafa Svíar ekki tekið upp evruna? Júlíus Valsson skrifar Skoðun Górillur í postulínsbúð – Nýfrjálshyggjuklíkan tekur völdin Guðröður Atli Jónsson skrifar Skoðun Leikskólakerfið: Samfélagsgildi fram yfir hagnað Svava Björg Mörk skrifar Skoðun Hagræðing í ríkisrekstri: Heilræði fyrir nýja ríkisstjórn Ómar H. Kristmundsson skrifar Skoðun Mikilvægi stöðutöku á stafrænni hæfni fyrir íslensk ferðaþjónustufyrirtæki Ólína Laxdal,Sólveig Nikulásdóttir skrifar Skoðun Ögn um Vigdísarþætti Hallgrímur Helgi Helgason skrifar Skoðun Rasismi og fasismi í lögum um útlendinga Jón Frímann Jónsson 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.
Blað brotið í húsnæðismálum: VR Blær afhendir sínar fyrstu íbúðir Halla Gunnarsdóttir,Ragnar Þór Ingólfsson Skoðun
Fögnum vopnahléi og krefjumst varanlegs friðar Svandís Svavarsdóttir,Guðmundur Ingi Guðbrandsson Skoðun
Skoðun Fögnum vopnahléi og krefjumst varanlegs friðar Svandís Svavarsdóttir,Guðmundur Ingi Guðbrandsson skrifar
Skoðun Blað brotið í húsnæðismálum: VR Blær afhendir sínar fyrstu íbúðir Halla Gunnarsdóttir,Ragnar Þór Ingólfsson skrifar
Skoðun Loftmengun yfir áramótin og mikilvægi inniloftsgæða allt árið Sylgja Dögg Sigurjónsdóttir,Árna Benediktsdóttir skrifar
Skoðun Brjóstakrabbamein – náum enn meiri árangri með stóraukinni þátttöku í skimun Halla Þorvaldsdóttir skrifar
Skoðun Í leikskóla er gaman – þegar það má mæta Valentina Tinganelli,Eyjólfur Sigurjónsson,Elísabet Erlendsdóttir,Sigrún Torfadóttir,Daniel Karlsson,Særún Ósk Böðvarsdóttir,Anna Margrét Arthúrsdóttir,,Una Guðmundsdóttir skrifar
Skoðun Ísland verði Noregur á sterum: Sannleikurinn er lyginni líkastur- náttúruauðlindir fást gefins Björn Ólafsson skrifar
Skoðun Mikilvægi stöðutöku á stafrænni hæfni fyrir íslensk ferðaþjónustufyrirtæki Ólína Laxdal,Sólveig Nikulásdóttir skrifar
Blað brotið í húsnæðismálum: VR Blær afhendir sínar fyrstu íbúðir Halla Gunnarsdóttir,Ragnar Þór Ingólfsson Skoðun
Fögnum vopnahléi og krefjumst varanlegs friðar Svandís Svavarsdóttir,Guðmundur Ingi Guðbrandsson Skoðun