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 Hvað er svona sérstakt við börn fædd í apríl? Nanna Kristín Tryggvadóttir Skoðun Hvers vegna starfa 632 starfsmenn ríkisins við að selja áfengi fyrir Ölgerðina? Lúðvík Bergvinsson Skoðun Spjall við Guð Atli Sævar Guðmundsson Skoðun Uppnám í Uppsveitum Sigurður Ingi Jóhannsson Skoðun ÁTVR, Ölgerðin og breyttir tímar Jón Páll Haraldsson Skoðun Gilda engin lög um óvígða sambúð? Eva Hauksdóttir Skoðun Bannað að gagnrýna konur – það er kvenfyrirlitning Íris Erlingsdóttir Skoðun Vefsíðan er dauð! Lengi lifi amma dreki! Geir Sigurður Jónsson Skoðun Ríkisstjórnin sker niður þjónustu við börn Lilja Dögg Alfreðsdóttir Skoðun Dauðalæsi: Þegar samtalið skiptir mestu máli Ingrid Kuhlman Skoðun Skoðun Skoðun Þetta hjólar sig ekki sjálft Birgir Birgisson skrifar Skoðun Vefsíðan er dauð! Lengi lifi amma dreki! Geir Sigurður Jónsson skrifar Skoðun Öflugasta endurhæfingarstofnun Íslands verður að fá slagkraft á ný Halldór Víglundsson skrifar Skoðun Spjall við Guð Atli Sævar Guðmundsson skrifar Skoðun Hvað er svona sérstakt við börn fædd í apríl? Nanna Kristín Tryggvadóttir skrifar Skoðun Dauðalæsi: Þegar samtalið skiptir mestu máli Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Þegar samþykki virðist verða að ábyrgð brotaþola Herdís Ósk Sveinbjörnsdóttir. skrifar Skoðun ÁTVR, Ölgerðin og breyttir tímar Jón Páll Haraldsson skrifar Skoðun Gilda engin lög um óvígða sambúð? Eva Hauksdóttir skrifar Skoðun Ríkisstjórnin sker niður þjónustu við börn Lilja Dögg Alfreðsdóttir skrifar Skoðun Vill fólk að allir leikir skipti máli? Jón Fannar Árnason skrifar Skoðun Bannað að gagnrýna konur – það er kvenfyrirlitning Íris Erlingsdóttir skrifar Skoðun Mannleg reisn á ekki að vera munaður – um aðstæður fólks sem leitar eftir mataraðstoð Sunna Lind Adessa skrifar Skoðun Styðjum Kúbu, verjum byltinguna, Bandaríkin burt með krumlurnar! Gylfi Páll Hersir skrifar Skoðun Þjóðaröryggi, fæðuöryggi og almannahagsmunir Ingibjörg Davíðsdóttir skrifar Skoðun Hvers vegna starfa 632 starfsmenn ríkisins við að selja áfengi fyrir Ölgerðina? Lúðvík Bergvinsson skrifar Skoðun Darwin og samkynhneigðin Ásgeir M Rudolfsson skrifar Skoðun Upprætum fátækt á Íslandi! Anna Margrét Bjarnadóttir,Steinunn Þóra Árnadóttir skrifar Skoðun Uppnám í Uppsveitum Sigurður Ingi Jóhannsson skrifar Skoðun Bætur fyrir lögregluaðgerðir lítið kynntar Bjarni Þór Sigurbjörnsson skrifar Skoðun Verjum það sem við höfum – byggjum upp það sem þarf Guðmundur Haukur Jakobsson skrifar Skoðun EES-samningurinn: Tími til kominn að endurmeta stöðu Íslands? Eggert Guðmundsson skrifar Skoðun Þroskahjálp 50 ára: Yfirfærslan 2011 – horft yfir veginn Gerður Aagot Árnadóttir skrifar Skoðun Gervigreind skýrsla gervigreindrar ríkisstjórnar Kristján Logason skrifar Skoðun Gráðugir hótelgestir sem borða rafmagn Björg Eva Erlendsdóttir skrifar Skoðun Skattahækkanir sem beinast gegn Suðurlandi Ásta Stefánsdóttir skrifar Skoðun Hvað myndi ég ráðleggja átján ára ungmenni í dag? Sigvaldi Einarsson skrifar Skoðun Þegar netöryggi verður samfélagsöryggi Margrét V. Helgadóttir skrifar Skoðun Skráum hjartastuðtækin því hver mínúta skiptir máli! Alma D. Möller skrifar Skoðun Er gervigreind til góðs eða bara á blaði? Halldór Jörgen Olesen 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 starfa 632 starfsmenn ríkisins við að selja áfengi fyrir Ölgerðina? Lúðvík Bergvinsson Skoðun
Skoðun Öflugasta endurhæfingarstofnun Íslands verður að fá slagkraft á ný Halldór Víglundsson skrifar
Skoðun Mannleg reisn á ekki að vera munaður – um aðstæður fólks sem leitar eftir mataraðstoð Sunna Lind Adessa skrifar
Skoðun Hvers vegna starfa 632 starfsmenn ríkisins við að selja áfengi fyrir Ölgerðina? Lúðvík Bergvinsson skrifar
Hvers vegna starfa 632 starfsmenn ríkisins við að selja áfengi fyrir Ölgerðina? Lúðvík Bergvinsson Skoðun