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 Við getum ekki slökkt elda að eilífu Silja Sóley Birgisdóttir Skoðun Lest í stað Borgarlínu? Runólfur Ágústsson,Orri Björnsson,Kjartan Már Kjartansson Skoðun Díhýdrómónóxíð Helgi Hrafn Gunnarsson Skoðun Hvoru megin ætlar þú að sitja? Valdimar Víðisson Skoðun Þetta er ekki ástand – þetta er þjóðarglæpur Vilhelm Jónsson Skoðun Veist þú hver heldur á skærunum eða litar á þér hárið? Margrét Ósk Brynjólfsdóttir,Sigríður Valdís Bergvinsdóttir Skoðun Ætla þessir öryrkjar að setja samfélagið á hausinn? Alma Ýr Ingólfsdóttir Skoðun Grásleppufrumvarpið er mikil afturför Jens Guðbjörnsson Skoðun Sterk sýn dugar ekki ef enginn hlustar Rúna Magnúsdóttir Skoðun Félagsmiðstöðvar sem lykilþáttur í uppvexti ungmenna Rebekka Ósk Friðriksdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Samkeppnismat - aukin samkeppnishæfni íslensks atvinnulífs og virkari samkeppni Margrét Einarsdóttir,Páll Gunnar Pálsson skrifar Skoðun Þetta er ekki ástand – þetta er þjóðarglæpur Vilhelm Jónsson skrifar Skoðun Breytum menningu og eflum menntakerfið okkar – vitundarvakning meðal foreldra Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Þegar orð verða vopn Anna Margrét Bjarnadóttir skrifar Skoðun Reykjavík situr föst – og biðin er orðin stefna Gunnar Einarsson skrifar Skoðun Sterk sýn dugar ekki ef enginn hlustar Rúna Magnúsdóttir skrifar Skoðun Félagsmiðstöðvar sem lykilþáttur í uppvexti ungmenna Rebekka Ósk Friðriksdóttir skrifar Skoðun Austurland er þjóðinni mikilvægt Heimir Snær Gylfason skrifar Skoðun Við getum ekki slökkt elda að eilífu Silja Sóley Birgisdóttir skrifar Skoðun Samfélag sem velur framþróun yfir stöðnun Benóný Valur Jakobsson skrifar Skoðun Græna gímaldið: Minnisvarði um glötuð tækifæri Davíð Bergmann skrifar Skoðun Grásleppufrumvarpið er mikil afturför Jens Guðbjörnsson skrifar Skoðun Lest í stað Borgarlínu? Runólfur Ágústsson,Orri Björnsson,Kjartan Már Kjartansson skrifar Skoðun Díhýdrómónóxíð Helgi Hrafn Gunnarsson skrifar Skoðun Fjármögnun framhaldsskóla Róbert Örvar Ferdinandsson skrifar Skoðun Hvoru megin ætlar þú að sitja? Valdimar Víðisson skrifar Skoðun Tæplega 10% fatlaðra barna stunda íþróttir Jóhanna Dýrunn Jónsdóttir skrifar Skoðun Leyfum íslenskum menntaskólanemum að kynnast latínu! Sólveig H. Hilmarsdóttir skrifar Skoðun Ætla þessir öryrkjar að setja samfélagið á hausinn? Alma Ýr Ingólfsdóttir skrifar Skoðun Lego án leiðbeininga Elva Rakel Jónsdóttir skrifar Skoðun Griðastaður í amstri dagsins Rósa Björg Brynjarsdóttir skrifar Skoðun Háskólamenntun sem undirstaða hagvaxtar Sigrún Ólafsdóttir,Kári Kristinsson skrifar Skoðun Vísitöluafglöp fyrr og nú Helgi Tómasson skrifar Skoðun Spyrja tjattið? Svanhvít Lilja Ingólfsdóttir skrifar Skoðun Veist þú hver heldur á skærunum eða litar á þér hárið? Margrét Ósk Brynjólfsdóttir,Sigríður Valdís Bergvinsdóttir skrifar Skoðun Aðför að verðmætasköpun Guðveig Lind Eyglóardóttir skrifar Skoðun Til hæstvirts mennta- og barnamálaráðherra, Ingu Sæland skrifar Skoðun Er Reykjavíkurleiðin að fara að breyta landslaginu í leikskólum til betri vegar - eða er hún aðeins skyndilausn? Brynhildur Yrsa Valkyrja skrifar Skoðun Loftslagssvindl eða hrein og klár vankunnátta frambjóðanda Miðflokksins? Sveinn Atli Gunnarsson skrifar Skoðun Þarf ég að bíða eftir að álagið hætti eða get ég haft áhrif? Sigrún Þóra Sveinsdóttir 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.
Veist þú hver heldur á skærunum eða litar á þér hárið? Margrét Ósk Brynjólfsdóttir,Sigríður Valdís Bergvinsdóttir Skoðun
Skoðun Samkeppnismat - aukin samkeppnishæfni íslensks atvinnulífs og virkari samkeppni Margrét Einarsdóttir,Páll Gunnar Pálsson skrifar
Skoðun Breytum menningu og eflum menntakerfið okkar – vitundarvakning meðal foreldra Sigurður Sigurðsson skrifar
Skoðun Veist þú hver heldur á skærunum eða litar á þér hárið? Margrét Ósk Brynjólfsdóttir,Sigríður Valdís Bergvinsdóttir skrifar
Skoðun Er Reykjavíkurleiðin að fara að breyta landslaginu í leikskólum til betri vegar - eða er hún aðeins skyndilausn? Brynhildur Yrsa Valkyrja skrifar
Skoðun Loftslagssvindl eða hrein og klár vankunnátta frambjóðanda Miðflokksins? Sveinn Atli Gunnarsson skrifar
Skoðun Þarf ég að bíða eftir að álagið hætti eða get ég haft áhrif? Sigrún Þóra Sveinsdóttir skrifar
Veist þú hver heldur á skærunum eða litar á þér hárið? Margrét Ósk Brynjólfsdóttir,Sigríður Valdís Bergvinsdóttir Skoðun