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? Kynntu þér reglur ritstjórnar um skoðanagreinar. Senda grein Nýsköpun Nýsköpun og rannsóknir Stóriðja Umhverfismál Mest lesið Stórslys á Suðurlandsbraut Lárus Bl. Sigurðsson Skoðun Rót stjórnlausa bruðlsins hjá ríki og borg Guðröður Atli Jónsson Skoðun Stærsti foss jarðar er á landgrunni Íslands Júlíus Valsson Skoðun Hótanir? Eða hvað? Unnar Þór Sæmundsson Skoðun Þegar lögbundin þjónusta bíður en milljarðar fara í „chillout“ Björg Maggý Pétursdóttir Skoðun Það hefði verið hægt að koma í veg fyrir hækkun skrásetningargjaldsins, Röskva gerði það tvisvar Katla Ólafsdóttir,Vignir Berg Pálsson Skoðun Herferð Heimildarinnar gegn Miðflokknum Breki Atlason Skoðun Ég vil ekki kosningar um mögulega ESB umsókn í haust Gunnar Ármannsson Skoðun Kennsluafsláttur framhaldsskólakennara – Er það eitthvað sem má skoða? Guðmundur Grétar Karlsson Skoðun Mannhvelið: þar sem drengir verða karlmenn Skúli Bragi Geirdal Skoðun Skoðun Skoðun …og ég vil að þjóðin segi sitt álit Helga Vala Helgadóttir skrifar Skoðun Þegar lögbundin þjónusta bíður en milljarðar fara í „chillout“ Björg Maggý Pétursdóttir skrifar Skoðun Það sem skiptir máli Jens Garðar Helgason skrifar Skoðun Stóra Hringbrautarmálið Halldór Auðar Svansson skrifar Skoðun Bætum heimaþjónustu aldraðra Margrét Björk Ólafsdóttir skrifar Skoðun Hvað þýða hraðar breytingar í gervigreind fyrir íslenskt viðskiptalíf? Gísli Rafn Ólafsson skrifar Skoðun Stærsti foss jarðar er á landgrunni Íslands Júlíus Valsson skrifar Skoðun Mannhvelið: þar sem drengir verða karlmenn Skúli Bragi Geirdal skrifar Skoðun Læsi er grunnur alls náms, við getum gert betur Björn Guðmundsson skrifar Skoðun Kosning um staðsetningu kláfs á Ísafirði? Ólafur Guðsteinn Kristjánsson skrifar Skoðun Það er ekki allt í góðu í orkumálum í Svíþjóð Gunnar Einarsson skrifar Skoðun Óþarfa „sannleiksleit“ Valdimar Guðjónsson skrifar Skoðun Um Fjarðarheiðargöng og samgönguáætlun Þórhallur Borgarson skrifar Skoðun Það hefði verið hægt að koma í veg fyrir hækkun skrásetningargjaldsins, Röskva gerði það tvisvar Katla Ólafsdóttir,Vignir Berg Pálsson skrifar Skoðun Ísland í eigin skinni Rósa Líf Darradóttir skrifar Skoðun Stórt félag - lítil aðstaða Bjarni Helgason skrifar Skoðun Kennsluafsláttur framhaldsskólakennara – Er það eitthvað sem má skoða? Guðmundur Grétar Karlsson skrifar Skoðun Kópavogur tekur forystu í menningarmálum Soffía Karlsdóttir skrifar Skoðun Hótanir? Eða hvað? Unnar Þór Sæmundsson skrifar Skoðun Svíar lækka matarskatt – Norðmenn ræða – en hvað með Ísland? Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Rót stjórnlausa bruðlsins hjá ríki og borg Guðröður Atli Jónsson skrifar Skoðun Sérlausnir – ekki undanþágur Andrés Pétursson skrifar Skoðun Ég vil ekki kosningar um mögulega ESB umsókn í haust Gunnar Ármannsson skrifar Skoðun Fjarnámið byggir brýr Ólína Kjerúlf Þorvarðardóttir skrifar Skoðun Vanmetin lykilfærni stjórnenda Ragnheiður Björgvinsdóttir skrifar Skoðun Hverjum á ég að trúa um ESB? Ólafur Hauksson skrifar Skoðun Reykjavík á að virka – borg sem þjóni fólkinu Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Danir kjósa um hag barna. Ættum við ekki að gera það líka? Elín Anna Baldursdóttir skrifar Skoðun Stórslys á Suðurlandsbraut Lárus Bl. Sigurðsson skrifar Skoðun Má bjóða þér að fara eftir lögum? Hnikarr Bjarmi Franklínsson 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.
Það hefði verið hægt að koma í veg fyrir hækkun skrásetningargjaldsins, Röskva gerði það tvisvar Katla Ólafsdóttir,Vignir Berg Pálsson Skoðun
Kennsluafsláttur framhaldsskólakennara – Er það eitthvað sem má skoða? Guðmundur Grétar Karlsson Skoðun
Skoðun Þegar lögbundin þjónusta bíður en milljarðar fara í „chillout“ Björg Maggý Pétursdóttir skrifar
Skoðun Hvað þýða hraðar breytingar í gervigreind fyrir íslenskt viðskiptalíf? Gísli Rafn Ólafsson skrifar
Skoðun Það hefði verið hægt að koma í veg fyrir hækkun skrásetningargjaldsins, Röskva gerði það tvisvar Katla Ólafsdóttir,Vignir Berg Pálsson skrifar
Skoðun Kennsluafsláttur framhaldsskólakennara – Er það eitthvað sem má skoða? Guðmundur Grétar Karlsson skrifar
Það hefði verið hægt að koma í veg fyrir hækkun skrásetningargjaldsins, Röskva gerði það tvisvar Katla Ólafsdóttir,Vignir Berg Pálsson Skoðun
Kennsluafsláttur framhaldsskólakennara – Er það eitthvað sem má skoða? Guðmundur Grétar Karlsson Skoðun