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 Um Varasjóð VR Flosi Eiríksson Skoðun Harka af sér og halda áfram Hulda Jónsdóttir Tölgyes Skoðun Úr hörðustu átt Rósa Guðbjartsdóttir!!! Alma Björk Ástþórsdóttir Skoðun Allskonar núansar Lilja Kristín Jónsdóttir Skoðun Vegna umfjöllunar Kveiks um kynferðislega áreitni á vinnustöðum Andri Valur Ívarsson,Anna Rós Sigmundsdóttir,Dagný Aradóttir Pind,Hrannar Már Gunnarsson,Jenný Þórunn Stefánsdóttir Skoðun Hæstaréttardómari kallar Gróu á Leiti til vitnis Heimir Már Pétursson Skoðun Hugleiðingar um virðismat kennara Bergur Hauksson Skoðun Samúð Jón Steinar Gunnlaugsson Skoðun Frelsið er yndislegt þegar það hentar Jens Garðar Helgason Skoðun Við kjósum Magnús Karl Lotta María Ellingsen,Jón Ólafsson Skoðun Skoðun Skoðun Um Varasjóð VR Flosi Eiríksson skrifar Skoðun Töfrakista tækifæranna Hrefna Óskarsdóttir skrifar Skoðun Dómskerfið reynir að þegja alla gagnrýni á sig í hel Jörgen Ingimar Hansson skrifar Skoðun Frelsið er yndislegt þegar það hentar Jens Garðar Helgason skrifar Skoðun Borgaralegt og hernaðarlegt Bjarni Már Magnússon skrifar Skoðun Áskorun til Reykjavíkurborgar um matvæli í leik- og grunnskólum Anna Laufey Stefánsdóttir skrifar Skoðun Gervigreind er síðasta von íslensks heilbrigðiskerfis – munum við grípa tækifærið? Sigvaldi Einarsson skrifar Skoðun Við erum ennþá hvalveiðiþjóð, hvenær ætlar ríkisstjórnin að grípa í taumana? Micah Garen skrifar Skoðun Vegna umfjöllunar Kveiks um kynferðislega áreitni á vinnustöðum Andri Valur Ívarsson,Anna Rós Sigmundsdóttir,Dagný Aradóttir Pind,Hrannar Már Gunnarsson,Jenný Þórunn Stefánsdóttir skrifar Skoðun Grafið undan grunngildum Sólveig Anna Jónsdóttir skrifar Skoðun Samúð Jón Steinar Gunnlaugsson skrifar Skoðun Allskonar núansar Lilja Kristín Jónsdóttir skrifar Skoðun Íslensk framleiðsla á undanhaldi - hver græðir? Guðmundur Þórir Sigurðsson skrifar Skoðun Magnús Karl Magnússon – öflugur málsvari Háskóla Íslands Arna Hauksdóttir,Þórarinn Guðjónsson skrifar Skoðun Tungumálakort – leitin að tungumálaforðanum 2025 Renata Emilsson Peskova,Þorbjörg Halldórsdóttir,Kristín R. Vilhjálmsdóttir skrifar Skoðun Byggjum meira á Kjalarnesi Gunnar Alexander Ólafsson skrifar Skoðun Hæstaréttardómari kallar Gróu á Leiti til vitnis Heimir Már Pétursson skrifar Skoðun Álitsgerð um hvalveiðar, sögu og stöðu þeirra, misferli, lögbrot og veiðileyfi, sem ekki stenzt Ole Anton Bieltvedt skrifar Skoðun Hugleiðingar um listamannalaun V Þórhallur Guðmundsson skrifar Skoðun Úr hörðustu átt Rósa Guðbjartsdóttir!!! Alma Björk Ástþórsdóttir skrifar Skoðun Olíunotkun er þjóðaröryggismál Sigurður Ingi Friðleifsson skrifar Skoðun Mokum ofan í skotgrafirnar Teitur Atlason skrifar Skoðun Kennarastarfið óheillandi... því miður Guðrún Kjartansdóttir skrifar Skoðun Jafnrétti sem leiðarljós í starfi Háskóla Íslands Silja Bára R. Ómarsdóttir skrifar Skoðun Skattspor ferðaþjónustunnar 184 milljarðar árið 2023 Pétur Óskarsson skrifar Skoðun Kynskiptur vinnumarkaður Sigríður Ingibjörg Ingadóttir,Steinunn Bragadóttir skrifar Skoðun Við kjósum Magnús Karl Lotta María Ellingsen,Jón Ólafsson skrifar Skoðun Harka af sér og halda áfram Hulda Jónsdóttir Tölgyes skrifar Skoðun Mjólkursamsalan færir hundruð milljóna til erlendra bænda Ólafur Stephensen skrifar Skoðun Gulur, rauður, blár og B+ Jón Pétur Zimsen 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.
Vegna umfjöllunar Kveiks um kynferðislega áreitni á vinnustöðum Andri Valur Ívarsson,Anna Rós Sigmundsdóttir,Dagný Aradóttir Pind,Hrannar Már Gunnarsson,Jenný Þórunn Stefánsdóttir Skoðun
Skoðun Áskorun til Reykjavíkurborgar um matvæli í leik- og grunnskólum Anna Laufey Stefánsdóttir skrifar
Skoðun Gervigreind er síðasta von íslensks heilbrigðiskerfis – munum við grípa tækifærið? Sigvaldi Einarsson skrifar
Skoðun Við erum ennþá hvalveiðiþjóð, hvenær ætlar ríkisstjórnin að grípa í taumana? Micah Garen skrifar
Skoðun Vegna umfjöllunar Kveiks um kynferðislega áreitni á vinnustöðum Andri Valur Ívarsson,Anna Rós Sigmundsdóttir,Dagný Aradóttir Pind,Hrannar Már Gunnarsson,Jenný Þórunn Stefánsdóttir skrifar
Skoðun Magnús Karl Magnússon – öflugur málsvari Háskóla Íslands Arna Hauksdóttir,Þórarinn Guðjónsson skrifar
Skoðun Tungumálakort – leitin að tungumálaforðanum 2025 Renata Emilsson Peskova,Þorbjörg Halldórsdóttir,Kristín R. Vilhjálmsdóttir skrifar
Skoðun Álitsgerð um hvalveiðar, sögu og stöðu þeirra, misferli, lögbrot og veiðileyfi, sem ekki stenzt Ole Anton Bieltvedt skrifar
Vegna umfjöllunar Kveiks um kynferðislega áreitni á vinnustöðum Andri Valur Ívarsson,Anna Rós Sigmundsdóttir,Dagný Aradóttir Pind,Hrannar Már Gunnarsson,Jenný Þórunn Stefánsdóttir Skoðun