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 Úr neðsta helvíti Dantes Móheiður Hlíf Geirlaugsdóttir Skoðun Í gamla daga voru allir læsir Eydís Hörn Hermannsdóttir Skoðun Sjávarútvegur framtíðarinnar – friðun, vistvænni veiðar og réttlátara kvótakerfi Arnar Helgi Lárusson Skoðun Er betra að fólk sé sett á sakamannabekk en að stjórnmálamenn vinni vinnuna sína? Ólafur Stephensen Skoðun Harkaleg viðbrögð við friðsamlegum mótmælum Kristín Vala Ragnarsdóttir Skoðun Ung til athafna Hildur Rós Guðbjargardóttir,Eyrún Fríða Árnadóttir Skoðun Hvað með Thorvaldsen börnin á árunum 1967 til 1974? Sölvi Breiðfjörð Skoðun 764 – landamæralaus tala skelfilegs ofbeldis Jón Pétur Zimsen Skoðun Steinunni í 2. sæti Bjarki Bragason Skoðun Við getum ekki breytt sólinni - en við getum breytt klukkunni! Erla Björnsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Tilraunastarfsemi stjórnvalda á kostnað matvælaöryggis og lýðheilsu Þorsteinn Narfason skrifar Skoðun Viðkvæmni fyrir gríni? Halldór Auðar Svansson skrifar Skoðun Tímabær endurskoðun jafnlaunavottunar Hákon Skúlason skrifar Skoðun Ertu að kjósa gegn þínum hagsmunum? Guðni Freyr Öfjörð skrifar Skoðun Úr neðsta helvíti Dantes Móheiður Hlíf Geirlaugsdóttir skrifar Skoðun Íbúar í Reykjavík skipta máli ‒ endurreisum íbúaráðin Sigfús Ómar Höskuldsson skrifar Skoðun Breytt heimsmynd kallar á endurmat á öryggi raforkuinnviða Halldór Halldórsson skrifar Skoðun Í gamla daga voru allir læsir Eydís Hörn Hermannsdóttir skrifar Skoðun Kvartanir eru ekki vandamál – viðbrögðin eru það Margrét Reynisdóttir skrifar Skoðun Vatnsmýrin rís Birkir Ingibjartsson skrifar Skoðun Er betra að fólk sé sett á sakamannabekk en að stjórnmálamenn vinni vinnuna sína? Ólafur Stephensen skrifar Skoðun Ung til athafna Hildur Rós Guðbjargardóttir,Eyrún Fríða Árnadóttir skrifar Skoðun Hvað með Thorvaldsen börnin á árunum 1967 til 1974? Sölvi Breiðfjörð skrifar Skoðun Tjáningarfrelsi: Hvers vegna skiptir það máli? Ásgeir Jónsson skrifar Skoðun Sjávarútvegur framtíðarinnar – friðun, vistvænni veiðar og réttlátara kvótakerfi Arnar Helgi Lárusson skrifar Skoðun Loftslagsmál: að lifa vel innan marka jarðar Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Við getum ekki breytt sólinni - en við getum breytt klukkunni! Erla Björnsdóttir skrifar Skoðun Steinunni í 2. sæti Bjarki Bragason skrifar Skoðun 764 – landamæralaus tala skelfilegs ofbeldis Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun Harkaleg viðbrögð við friðsamlegum mótmælum Kristín Vala Ragnarsdóttir skrifar Skoðun Hraðbraut við fjöruna í Kópavogi - Kársnesstígur Ómar Stefánsson skrifar Skoðun Er ákveðin stétt sérfræðinga ekki lengur mikilvæg? Sædís Ósk Harðardóttir,Helga Þórey Júlíudóttir skrifar Skoðun Ekki eina ríkisleið í skólamálum, takk! Rósa Guðbjartsdóttir skrifar Skoðun Kynþáttahyggja forseta Bandaríkjanna og Grænland Þorsteinn Gunnarsson skrifar Skoðun Kynslóðaskipti í landbúnaði – áskorun framtíðarinnar Jódís Helga Káradóttir skrifar Skoðun Orðin innantóm um rekstur Hveragerðisbæjar Friðrik Sigurbjörnsson,Alda Pálsdóttir skrifar Skoðun Reykjavík er okkar Viðar Gunnarsson skrifar Skoðun Lýðheilsa og lífsgæði í Reykjavík Heiða Björg Hilmisdóttir skrifar Skoðun Eru bara slæmar fréttir af loftslagsmálum? Þorgerður María Þorbjarnardóttir skrifar Skoðun Nýtt byggingarland á Blikastöðum Regína Ásvaldsdóttir 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.
Sjávarútvegur framtíðarinnar – friðun, vistvænni veiðar og réttlátara kvótakerfi Arnar Helgi Lárusson Skoðun
Er betra að fólk sé sett á sakamannabekk en að stjórnmálamenn vinni vinnuna sína? Ólafur Stephensen Skoðun
Skoðun Tilraunastarfsemi stjórnvalda á kostnað matvælaöryggis og lýðheilsu Þorsteinn Narfason skrifar
Skoðun Er betra að fólk sé sett á sakamannabekk en að stjórnmálamenn vinni vinnuna sína? Ólafur Stephensen skrifar
Skoðun Sjávarútvegur framtíðarinnar – friðun, vistvænni veiðar og réttlátara kvótakerfi Arnar Helgi Lárusson skrifar
Skoðun Er ákveðin stétt sérfræðinga ekki lengur mikilvæg? Sædís Ósk Harðardóttir,Helga Þórey Júlíudóttir skrifar
Sjávarútvegur framtíðarinnar – friðun, vistvænni veiðar og réttlátara kvótakerfi Arnar Helgi Lárusson Skoðun
Er betra að fólk sé sett á sakamannabekk en að stjórnmálamenn vinni vinnuna sína? Ólafur Stephensen Skoðun