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 „Hvernig veit ég hvort ég hafi gert eitthvað við konu án samþykkis?“ Guðný S. Bjarnadóttir Skoðun Er dr. Henry Alexander bara til punts? Henry Alexander Henrysson Skoðun Helförin var bara fugladrit Helgi Gunnlaugsson Skoðun Hvern vantar enn við borðið? Jana Birta Björnsdóttir,Jónína Rósa Hjartardóttir Skoðun Hvað þarf að vera til staðar ef dánaraðstoð verður heimiluð? Ingrid Kuhlman Skoðun EES fyrir fyrirtækin, ESB fyrir fólkið? Yngvi Ómar Sigrúnarson Skoðun Áfram gakk Þorbjörg S. Gunnlaugsdóttir Skoðun Síðustu móhíkanarnir Viðar Halldórsson Skoðun Hver framleiðir matinn okkar eftir 20 ár? Þórarinn Ingi Pétursson Skoðun Hver borgar þegar samningurinn er svikinn? Hrönn Stefánsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun 19. júní í skugga bakslags: Jafnrétti er ekki sjálfgefið Martha Lilja Olsen skrifar Skoðun Helförin var bara fugladrit Helgi Gunnlaugsson skrifar Skoðun Síðustu móhíkanarnir Viðar Halldórsson skrifar Skoðun „Hvernig veit ég hvort ég hafi gert eitthvað við konu án samþykkis?“ Guðný S. Bjarnadóttir skrifar Skoðun EES fyrir fyrirtækin, ESB fyrir fólkið? Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar Skoðun Hvern vantar enn við borðið? Jana Birta Björnsdóttir,Jónína Rósa Hjartardóttir skrifar Skoðun Áfram gakk Þorbjörg S. Gunnlaugsdóttir skrifar Skoðun Hvað þarf að vera til staðar ef dánaraðstoð verður heimiluð? Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Hver borgar þegar samningurinn er svikinn? Hrönn Stefánsdóttir skrifar Skoðun ESB aðild er óskynsamleg frá efnahagslegu sjónarmiði Kristinn Sv. Helgason skrifar Skoðun Er kominn tími á nýtt norrænt leiðtogahlutverk? Haukur Logi Jóhannsson skrifar Skoðun Þegar fyrirmyndirnar horfa í skjáinn Hjálmar Bogi Hafliðason skrifar Skoðun Hver framleiðir matinn okkar eftir 20 ár? Þórarinn Ingi Pétursson skrifar Skoðun Er dr. Henry Alexander bara til punts? Henry Alexander Henrysson skrifar Skoðun Gervigreind er að breyta því hvað það þýðir að vera góður stjórnandi Gísli Rafn Ólafsson skrifar Skoðun Af hverju borgum við evrópsk metverð fyrir grænmeti sem endist í tvo daga? Valerio Gargiulo skrifar Skoðun Mikilvægur áfangi fyrir Norðurland og landið allt Heimir Örn Árnason skrifar Skoðun Stjórnsýsluframkvæmd við vörslusviptingu búfjár, meðalhóf eða flýtilausn? Sævar Þór Jónsson skrifar Skoðun Frelsi ungra Íslendinga til framtíðar Hjörvar Sigurðsson skrifar Skoðun Evrópa í áfalli, skilin eftir í gervigreindarkapphlaupinu. Verður Ísland líka utangátta? Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar Skoðun Til hamingju með Þjóðarhöll! Dagur B. Eggertsson skrifar Skoðun Hugleiðing í tilefni að þjóðhátíðardegi Íslands: Grundvöllur sjálfstæðisins var barátta þeirra fátæku fyrir betra samfélagi Ágúst Valves Jóhannesson skrifar Skoðun Hvernig verjum við sjálfstæði Íslands til framtíðar? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Staðreyndir og fræðsla um flugmannsstarfið Matthías Arngrímsson skrifar Skoðun 82 ár frá stofnun lýðveldisins: Gleymum ekki sögu okkar Anton Guðmundsson skrifar Skoðun Kos staðfesti ekki tilvist samkomulags Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Við byggðum varnargarða – nú þurfum við að byggja upp samfélagið Kristín María Birgisdóttir skrifar Skoðun Við erum orðin Afríka: Hvernig íslenska elítan rændi þjóðinni Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Skýrar línur og strangari löggjöf um vindorku Jóhann Páll Jóhannsson skrifar Skoðun Alvarleg og viðvarandi hernaðarógn Arnór Sigurjónsson 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.
Skoðun „Hvernig veit ég hvort ég hafi gert eitthvað við konu án samþykkis?“ Guðný S. Bjarnadóttir skrifar
Skoðun Gervigreind er að breyta því hvað það þýðir að vera góður stjórnandi Gísli Rafn Ólafsson skrifar
Skoðun Af hverju borgum við evrópsk metverð fyrir grænmeti sem endist í tvo daga? Valerio Gargiulo skrifar
Skoðun Stjórnsýsluframkvæmd við vörslusviptingu búfjár, meðalhóf eða flýtilausn? Sævar Þór Jónsson skrifar
Skoðun Evrópa í áfalli, skilin eftir í gervigreindarkapphlaupinu. Verður Ísland líka utangátta? Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar
Skoðun Hugleiðing í tilefni að þjóðhátíðardegi Íslands: Grundvöllur sjálfstæðisins var barátta þeirra fátæku fyrir betra samfélagi Ágúst Valves Jóhannesson skrifar
Skoðun Við byggðum varnargarða – nú þurfum við að byggja upp samfélagið Kristín María Birgisdóttir skrifar