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 Lögfræðingurinn sem gleymdi tilgangi laga Sigríður Svanborgardóttir Skoðun Hagnaðurinn sem við afsölum okkur: Af hverju salan á Íslandsbanka er samfélagslegt glapræði Karl Héðinn Kristjánsson Skoðun Munu Ísraelsmenn sprengja bifreið páfa í loft upp? Einar Baldvin Árnason Skoðun Þétting byggðar – nokkur mistök gjaldfella ekki stefnuna Samúel Torfi Pétursson Skoðun Breyta lífum til hins betra eða dvelja áfram í hýðum síns vetra? Tómas Ellert Tómasson Skoðun Stærð er ekki mæld í sentimetrum Sigmar Guðmundsson Skoðun Áður en íslenskan leysist upp Gamithra Marga Skoðun Að eiga sæti við borðið Grímur Grímsson Skoðun Íþróttir eru lykilinn Willum Þór Þórsson Skoðun Hverjum þjónar nýsköpunin? Halldóra Mogensen Skoðun Skoðun Skoðun Að taka ekki mark á sjálfum sér Kristinn Karl Brynjarsson skrifar Skoðun Betri borg Alexandra Briem skrifar Skoðun Að eiga sæti við borðið Grímur Grímsson skrifar Skoðun Hagnaðurinn sem við afsölum okkur: Af hverju salan á Íslandsbanka er samfélagslegt glapræði Karl Héðinn Kristjánsson skrifar Skoðun Íþróttir eru lykilinn Willum Þór Þórsson skrifar Skoðun Framtíð safna í ferðaþjónustu Guðrún D. Whitehead skrifar Skoðun Munu Ísraelsmenn sprengja bifreið páfa í loft upp? Einar Baldvin Árnason skrifar Skoðun Að skapa framtíð úr fortíð Anna Hildur Hildibrandsdóttir skrifar Skoðun Tími til umbóta í byggingareftirliti Sigurður Ingi Jóhannsson skrifar Skoðun Stærð er ekki mæld í sentimetrum Sigmar Guðmundsson skrifar Skoðun Áður en íslenskan leysist upp Gamithra Marga skrifar Skoðun Lögfræðingurinn sem gleymdi tilgangi laga Sigríður Svanborgardóttir skrifar Skoðun Þétting byggðar – nokkur mistök gjaldfella ekki stefnuna Samúel Torfi Pétursson skrifar Skoðun Breyta lífum til hins betra eða dvelja áfram í hýðum síns vetra? Tómas Ellert Tómasson skrifar Skoðun Hverjum þjónar nýsköpunin? Halldóra Mogensen skrifar Skoðun Heilbrigðisráðherra og stjórn VIRK hafa brugðist okkur Eden Frost Kjartansbur skrifar Skoðun Þegar ríkið fer á sjóinn Svanur Guðmundsson skrifar Skoðun Íbúðarhúsnæði sem heimili fólks Kristján Þórður Snæbjarnarson skrifar Skoðun Íslenskumælandi hjúkrunarfræðingar Guðbjörg Pálsdóttir skrifar Skoðun Heilbrigðisstarfsfólk eru ekki skotmörk Elísabet Herdísar Brynjarsdóttir,Hildur Harðardóttir,Tryggvi Egilsson,Sunna Snædal,Yousef Tamimi,Örvar Gunnarsson skrifar Skoðun Leiðrétting veiðigjalda og varðstaðan um sérhagsmuni Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar Skoðun Þjóðminjasafn án fornleifafræðinga Snædís Sunna Thorlacius,Ingibjörg Áskelsdóttir skrifar Skoðun Opið bréf til stjórnmálafólks um málefni Palestínu og Ísraels Hjálmtýr Heiðdal skrifar Skoðun Í lífshættu eftir ofbeldi Jokka G Birnudóttir skrifar Skoðun Verið er að umbreyta borginni en hvað viljum við? Helgi Áss Grétarsson skrifar Skoðun Hvers vegna skiptir máli hvernig talað er um velferð dýra? Hallgerður Ljósynja Hauksdóttir skrifar Skoðun Gróður, einmanaleiki og samfélagsleg samheldni Auður Kjartansdóttir skrifar Skoðun Ljúkum því sem hafið er - ný bálstofa í Gufunesi Ingvar Stefánsson skrifar Skoðun Raddir fanga Helgi Gunnlaugsson skrifar Skoðun Kann Jón Steindór ekki að reikna? 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.
Hagnaðurinn sem við afsölum okkur: Af hverju salan á Íslandsbanka er samfélagslegt glapræði Karl Héðinn Kristjánsson Skoðun
Skoðun Hagnaðurinn sem við afsölum okkur: Af hverju salan á Íslandsbanka er samfélagslegt glapræði Karl Héðinn Kristjánsson skrifar
Skoðun Breyta lífum til hins betra eða dvelja áfram í hýðum síns vetra? Tómas Ellert Tómasson skrifar
Skoðun Heilbrigðisstarfsfólk eru ekki skotmörk Elísabet Herdísar Brynjarsdóttir,Hildur Harðardóttir,Tryggvi Egilsson,Sunna Snædal,Yousef Tamimi,Örvar Gunnarsson skrifar
Skoðun Hvers vegna skiptir máli hvernig talað er um velferð dýra? Hallgerður Ljósynja Hauksdóttir skrifar
Hagnaðurinn sem við afsölum okkur: Af hverju salan á Íslandsbanka er samfélagslegt glapræði Karl Héðinn Kristjánsson Skoðun