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 Áskrift í sund á verði Netflix Kristinn Jón Ólafsson Skoðun Ísland í klóm myglunnar – Kerfisbundið lögleysi og stjórnsýslulegt gáleysi Sigurður Sigurðsson Skoðun Kominn tími á samfélagssáttmála um leikskóla eins og á hinum Norðurlöndunum Jóhann Páll Jóhannsson Skoðun Viska stéttarfélag: Sameinuð og skynsöm rödd til framtíðar Sigrún Einarsdóttir Skoðun Fyrir enn betri Akureyrarbæ Berglind Ósk Guðmundsdóttir Skoðun Ælt við dæluna Þorsteinn Sæmundsson Skoðun Andstaðan við að tryggja að neytendur fái lækkun við dælu Þórður Snær Júlíusson Skoðun Vill meirihlutinn í Reykjavíkurborg ekki hlusta á íbúa? Fanný Gunnarsdóttir Skoðun Sólveig Anna um stöðu verkafólks innan eða utan ESB Þorvaldur Ingi Jónsson Skoðun Íbúasamráð í sveitarfélögum Sigurborg Kr. Hannesdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Vill meirihlutinn í Reykjavíkurborg ekki hlusta á íbúa? Fanný Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Íbúasamráð í sveitarfélögum Sigurborg Kr. Hannesdóttir skrifar Skoðun Raunverulegt val fyrir foreldra í Hafnarfirði Signý Jóna Tryggvadóttir skrifar Skoðun Þröngt mega sáttir? Kristín Kolbrún Waage Kolbeinsdóttir skrifar Skoðun Ungt fólk, sjávarútvegur og framtíð íslensks efnahagslífs Júlíus Valsson skrifar Skoðun Kominn tími á samfélagssáttmála um leikskóla eins og á hinum Norðurlöndunum Jóhann Páll Jóhannsson skrifar Skoðun Ælt við dæluna Þorsteinn Sæmundsson skrifar Skoðun Sólveig Anna um stöðu verkafólks innan eða utan ESB Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Þurfum við ný lyf? Ragnhildur Reynisdóttir skrifar Skoðun Treður hið opinbera sér í hleðslugatið? Ólafur Stephensen skrifar Skoðun Það þarf kjark til að byggja bæ til framtíðar - Kópavogur er í sókn Leifur Andri Leifsson skrifar Skoðun Viska stéttarfélag: Sameinuð og skynsöm rödd til framtíðar Sigrún Einarsdóttir skrifar Skoðun Fyrir enn betri Akureyrarbæ Berglind Ósk Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Áskrift í sund á verði Netflix Kristinn Jón Ólafsson skrifar Skoðun Kvíðakast einstæðingsins Sólveig Skaftadóttir skrifar Skoðun Hvað ætlar Akureyri að verða þegar hún verður stór? Sindri S. Kristjánsson skrifar Skoðun Fjarðarheiðargöng og lenging flugbrautar á Egilsstöðum eru þjóðaröryggismál Berglind Harpa Svavarsdóttir skrifar Skoðun Andstaðan við að tryggja að neytendur fái lækkun við dælu Þórður Snær Júlíusson skrifar Skoðun Hafnarfjörður í sókn með skýra sýn og hlýja forystu Alexander M Árnason skrifar Skoðun Þegar við lærum að þóknast – og gleymum sjálfum okkur Kristín Magdalena Ágústsdóttir skrifar Skoðun Ísland í klóm myglunnar – Kerfisbundið lögleysi og stjórnsýslulegt gáleysi Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Náttúruverndin er munaðarlaus í Hafnarfirði Anna Sigríður Sigurðardóttir,Davíð Arnar Stefánsson skrifar Skoðun Íslenskt mállíkan – fullveldi eða útvistunarsamningur? Jón Guðnason,Hrafn Loftsson,Stefán Ólafsson,Kristinn R. Þórisson,Hannes Högni Vilhjálmsson,Henning Arnór Úlfarsson skrifar Skoðun Þegar öldrun birtist okkur eins og hún er Berglind Indriðadóttir skrifar Skoðun Klárum verkin fyrir börnin og íþróttafólkið okkar Lárus Jónsson,Jónas Guðnason skrifar Skoðun Hver borgar fyrir auknar strandveiðar? Björk Ingvarsdóttir,Mikael Rafn L. Steingrímsson skrifar Skoðun Ég skildi ekki Íslendinga fyrst Valerio Gargiulo skrifar Skoðun Stöðu minnar vegna Kristín Helga Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Enn eitt neyðarkall Vilhelm Jónsson skrifar Skoðun Dúllur okkar daga Hallgrímur Helgason 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.
Ísland í klóm myglunnar – Kerfisbundið lögleysi og stjórnsýslulegt gáleysi Sigurður Sigurðsson Skoðun
Kominn tími á samfélagssáttmála um leikskóla eins og á hinum Norðurlöndunum Jóhann Páll Jóhannsson Skoðun
Skoðun Kominn tími á samfélagssáttmála um leikskóla eins og á hinum Norðurlöndunum Jóhann Páll Jóhannsson skrifar
Skoðun Það þarf kjark til að byggja bæ til framtíðar - Kópavogur er í sókn Leifur Andri Leifsson skrifar
Skoðun Fjarðarheiðargöng og lenging flugbrautar á Egilsstöðum eru þjóðaröryggismál Berglind Harpa Svavarsdóttir skrifar
Skoðun Ísland í klóm myglunnar – Kerfisbundið lögleysi og stjórnsýslulegt gáleysi Sigurður Sigurðsson skrifar
Skoðun Náttúruverndin er munaðarlaus í Hafnarfirði Anna Sigríður Sigurðardóttir,Davíð Arnar Stefánsson skrifar
Skoðun Íslenskt mállíkan – fullveldi eða útvistunarsamningur? Jón Guðnason,Hrafn Loftsson,Stefán Ólafsson,Kristinn R. Þórisson,Hannes Högni Vilhjálmsson,Henning Arnór Úlfarsson skrifar
Skoðun Hver borgar fyrir auknar strandveiðar? Björk Ingvarsdóttir,Mikael Rafn L. Steingrímsson skrifar
Ísland í klóm myglunnar – Kerfisbundið lögleysi og stjórnsýslulegt gáleysi Sigurður Sigurðsson Skoðun
Kominn tími á samfélagssáttmála um leikskóla eins og á hinum Norðurlöndunum Jóhann Páll Jóhannsson Skoðun