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 EES-líflínan er tekin að trosna Einar Karl Haraldsson Skoðun Útlensk skólabörn, íslenska og enska Roza Matijević Ismailovski Skoðun Hvers vegna vil ég sem Austurríkismaður hvetja Íslendinga til að segja NEI þann 29. ágúst? Stephan Zanzerl Skoðun Una 72% evrópubúa sér vel í Evrópusambandinu? Andri Sigurðsson Skoðun Vaxtaþrælarnir og hinir Ingólfur Sverrisson Skoðun Hvað vilja ólígarkarnir að þú kjósir 29. ágúst?" Jón Þór Ólafsson Skoðun Þetta er líka sagt af mikilli virðingu Ólafur Margeirsson Skoðun Hvað ef þú hefur rangt fyrir þér? Eyþór Eðvarðsson Skoðun Langmæðgur vilja sjá – frá Flatey til den Haag Guðrún Marta Jónsdóttir ,Guðrún Marta Ársælsdóttir Skoðun Lyfjamál og ESB Einar Magnússon Skoðun Skoðun Skoðun Vaxtaþrælarnir og hinir Ingólfur Sverrisson skrifar Skoðun Una 72% evrópubúa sér vel í Evrópusambandinu? Andri Sigurðsson skrifar Skoðun EES-líflínan er tekin að trosna Einar Karl Haraldsson skrifar Skoðun Útlensk skólabörn, íslenska og enska Roza Matijević Ismailovski skrifar Skoðun Lyfjamál og ESB Einar Magnússon skrifar Skoðun Aðilar vinnumarkaðar munu áfram gera kjarasamninga innan ESB Kristján Þórður Snæbjarnarson skrifar Skoðun Lokum ekki dyrum Þorsteinn Ólafsson skrifar Skoðun Vellystingar á yfirdrætti Elías Pétursson skrifar Skoðun Nýsköpun í Evrópu: Heildarmyndin sem Hilmar sleppur Halldór Jörgen Olesen skrifar Skoðun Langmæðgur vilja sjá – frá Flatey til den Haag Guðrún Marta Jónsdóttir ,Guðrún Marta Ársælsdóttir skrifar Skoðun Það er ekki bara fólkið sem þarf að spila með Andri Reyr Haraldsson skrifar Skoðun Hvað þýðir já fyrir bændur? Stefán Magnússon skrifar Skoðun Ef gervigreind sparar okkur tíma — hver fær hann? Stefán Atli Rúnarsson skrifar Skoðun Hvers vegna vil ég sem Austurríkismaður hvetja Íslendinga til að segja NEI þann 29. ágúst? Stephan Zanzerl skrifar Skoðun Hverjir óttast Evrópusambandið? Haukur Logi Jóhannsson skrifar Skoðun Við erum á plastbát í ólgusjó Dagur B. Eggertsson skrifar Skoðun Áskorun til samningsaðila vinnumarkaðarins og stjórnvalda um endurskoðunneysluvísitölu og brottfall húsnæðisliðar úr neysluvísitölu skrifar Skoðun ESB, afsal eða útvíkkun á fullveldi? Karl Andersson Claesson skrifar Skoðun Kaupmáttur þjóðanna í Meistaradeild Evrópu Stefán Ólafsson skrifar Skoðun Nei-fólkið mitt, þið eruð svo sæt þegar þið hlýðið Viktor Ólason skrifar Skoðun Fyrirhuguð hækkun á máltíðum fyrir eldra fólk í Reykjavík Steinunn Bergmann skrifar Skoðun Ekkert plan, engin sleggja Illugi Gunnarsson skrifar Skoðun Þetta er líka sagt af mikilli virðingu Ólafur Margeirsson skrifar Skoðun Afhverju ég ætla að segja JÁ Sverrir Páll Einarsson skrifar Skoðun Hvað vilja ólígarkarnir að þú kjósir 29. ágúst?" Jón Þór Ólafsson skrifar Skoðun Hvar er heilbrigðiskerfið mitt? Gunnhildur Erla Davíðsdóttir skrifar Skoðun Hvað ef þú hefur rangt fyrir þér? Eyþór Eðvarðsson skrifar Skoðun Kolkrabbinn, sneiðarnar og eyðing byggðarinnar Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Já, fyrir vísindi, nýsköpun og menningu Logi Einarsson skrifar Skoðun Viltu minni verðbólgu og lægri vexti? 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.
Hvers vegna vil ég sem Austurríkismaður hvetja Íslendinga til að segja NEI þann 29. ágúst? Stephan Zanzerl Skoðun
Langmæðgur vilja sjá – frá Flatey til den Haag Guðrún Marta Jónsdóttir ,Guðrún Marta Ársælsdóttir Skoðun
Skoðun Aðilar vinnumarkaðar munu áfram gera kjarasamninga innan ESB Kristján Þórður Snæbjarnarson skrifar
Skoðun Langmæðgur vilja sjá – frá Flatey til den Haag Guðrún Marta Jónsdóttir ,Guðrún Marta Ársælsdóttir skrifar
Skoðun Hvers vegna vil ég sem Austurríkismaður hvetja Íslendinga til að segja NEI þann 29. ágúst? Stephan Zanzerl skrifar
Skoðun Áskorun til samningsaðila vinnumarkaðarins og stjórnvalda um endurskoðunneysluvísitölu og brottfall húsnæðisliðar úr neysluvísitölu skrifar
Hvers vegna vil ég sem Austurríkismaður hvetja Íslendinga til að segja NEI þann 29. ágúst? Stephan Zanzerl Skoðun
Langmæðgur vilja sjá – frá Flatey til den Haag Guðrún Marta Jónsdóttir ,Guðrún Marta Ársælsdóttir Skoðun