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 Að gefnu tilefni – Upplýsingar um Fjarðarheiðargöng Jónína Brynjólfsdóttir Skoðun Stórkostleg og mögnuð stöð Lára Zulima Ómarsdóttir Skoðun Eðlisfræði - ekki pólitík Ása Berglind Hjálmarsdóttir Skoðun Opið bréf til borgarstjórnar Reykjavíkur Þorsteinn Jóhannsson,Arnar Össur Harðarson,Hlín Gísladóttir Skoðun Brýtur innviðaráðherra lög? Örvar Marteinsson Skoðun Vaxandi samfélag þarf sterkari innviði - Tími til að fjárfesta í framtíð HSU Sveinn Ægir Birgisson Skoðun The Thing og íslenska Tryggvi Pétur Brynjarsson Skoðun Verð og vöruúrval Arnar Sigurðsson Skoðun Er virkilega hvergi pláss fyrir einhverfan forritara? Elísabet Guðrúnar Jónsdóttir Skoðun Þessir píkubörðu menn Eva Hauksdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Frelsi frá kynhlutverkum: innsýn sem breytir samböndum Þórdís Filipsdóttir skrifar Skoðun Brýtur innviðaráðherra lög? Örvar Marteinsson skrifar Skoðun The Thing og íslenska Tryggvi Pétur Brynjarsson skrifar Skoðun Verð og vöruúrval Arnar Sigurðsson skrifar Skoðun Vaxandi samfélag þarf sterkari innviði - Tími til að fjárfesta í framtíð HSU Sveinn Ægir Birgisson skrifar Skoðun Eðlisfræði - ekki pólitík Ása Berglind Hjálmarsdóttir skrifar Skoðun Opið bréf til borgarstjórnar Reykjavíkur Þorsteinn Jóhannsson,Arnar Össur Harðarson,Hlín Gísladóttir skrifar Skoðun Stórkostleg og mögnuð stöð Lára Zulima Ómarsdóttir skrifar Skoðun Að gefnu tilefni – Upplýsingar um Fjarðarheiðargöng Jónína Brynjólfsdóttir skrifar Skoðun Þegar Guð breytist í ljósmóður – og þegar kvöldmáltíðin breytist í annað en borð Drottins Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Reiði og bjartsýni á COP30 Þorgerður María Þorbjarnardóttir skrifar Skoðun Heldur málþófið áfram? Bolli Héðinsson skrifar Skoðun Gervigreindin brotlendir: Notendum fækkar, áhugi minnkar, ávinningur enginn, traustið núll Brynjólfur Þorvarðsson skrifar Skoðun Þessir píkubörðu menn Eva Hauksdóttir skrifar Skoðun Tolladeilur og hagsmunavörn í alþjóðaviðskiptum Eiríkur Björn Björgvinsson skrifar Skoðun Betra námsumhverfi fyrir börn í Reykjavík Bjarnveig Birta Bjarnadóttir skrifar Skoðun Á sjötugsaldri inn í nýja iðnbyltingu: Ferðalagið mitt og tækifæri Íslands í gervigreind Sigvaldi Einarsson skrifar Skoðun Ísland að grotna niður í fjöldaferðamennsku Eggert Sigurbergsson skrifar Skoðun Er virkilega hvergi pláss fyrir einhverfan forritara? Elísabet Guðrúnar Jónsdóttir skrifar Skoðun Fjárfesting til framtíðar - Fjárfestum í börnum Karólína Helga Símonardóttir skrifar Skoðun Kæra foreldri, verður barnið þitt af verulegum árs- og ævitekjum ? Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun Nóvember er tími netsvikara Gústaf Steingrímsson skrifar Skoðun Hvernig eigum við að mæta gervigreind í skólanum? Geir Finnsson skrifar Skoðun Valkvæð Sýn Hallmundur Albertsson skrifar Skoðun Draumurinn um jafna foreldraábyrgð sem varð að martröð þolenda ofbeldis í nánum samböndum Sigrún Sif Eyfeld Jóelsdóttir,Kolbrún Dögg Arnardóttir skrifar Skoðun Virkjanir í byggð – er farið að lögum? Gerður Stefánsdóttir skrifar Skoðun Hver vill eldast ? Ebba Margrét Magnúsdóttir skrifar Skoðun Frá stressi í sjálfstraust: Skrefin sem skipta máli á prófatíma Elín A. Eyfjörð Ármannsdóttir skrifar Skoðun Þögnin, skömmin og kerfið Sigríður Svanborgardóttir skrifar Skoðun Af hverju er ekki hægt að framfylgja ákvörðunum Útlendingastofnunar? Arndís Anna Kristínardóttir Gunnarsdóttir 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.
Opið bréf til borgarstjórnar Reykjavíkur Þorsteinn Jóhannsson,Arnar Össur Harðarson,Hlín Gísladóttir Skoðun
Vaxandi samfélag þarf sterkari innviði - Tími til að fjárfesta í framtíð HSU Sveinn Ægir Birgisson Skoðun
Skoðun Vaxandi samfélag þarf sterkari innviði - Tími til að fjárfesta í framtíð HSU Sveinn Ægir Birgisson skrifar
Skoðun Opið bréf til borgarstjórnar Reykjavíkur Þorsteinn Jóhannsson,Arnar Össur Harðarson,Hlín Gísladóttir skrifar
Skoðun Þegar Guð breytist í ljósmóður – og þegar kvöldmáltíðin breytist í annað en borð Drottins Hilmar Kristinsson skrifar
Skoðun Gervigreindin brotlendir: Notendum fækkar, áhugi minnkar, ávinningur enginn, traustið núll Brynjólfur Þorvarðsson skrifar
Skoðun Á sjötugsaldri inn í nýja iðnbyltingu: Ferðalagið mitt og tækifæri Íslands í gervigreind Sigvaldi Einarsson skrifar
Skoðun Kæra foreldri, verður barnið þitt af verulegum árs- og ævitekjum ? Jón Pétur Zimsen skrifar
Skoðun Draumurinn um jafna foreldraábyrgð sem varð að martröð þolenda ofbeldis í nánum samböndum Sigrún Sif Eyfeld Jóelsdóttir,Kolbrún Dögg Arnardóttir skrifar
Skoðun Frá stressi í sjálfstraust: Skrefin sem skipta máli á prófatíma Elín A. Eyfjörð Ármannsdóttir skrifar
Skoðun Af hverju er ekki hægt að framfylgja ákvörðunum Útlendingastofnunar? Arndís Anna Kristínardóttir Gunnarsdóttir skrifar
Opið bréf til borgarstjórnar Reykjavíkur Þorsteinn Jóhannsson,Arnar Össur Harðarson,Hlín Gísladóttir Skoðun
Vaxandi samfélag þarf sterkari innviði - Tími til að fjárfesta í framtíð HSU Sveinn Ægir Birgisson Skoðun