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 76 dagar Erlingur Sigvaldason Skoðun Húsnæðisbæturnar sem hurfu Ragnar Sigurður Kristjánsson Skoðun Sporin þín Valtýr Soffía Sigurðardóttir Skoðun Hoppað í drullipolli við hliðina á Snorra Mássyni. Um allskonar fólk, líka í Miðflokknum Ægir Lúðvíksson Skoðun Hunsuðu menntamálin – en ætla nú að bjarga þeim Sigurður Kári Harðarson Skoðun Ákall til KKÍ og íslensku íþróttahreyfingarinnar Ragnhildur Hólmgeirsdóttir,Oddný Björg Rafnsdóttir,Svanhildur Anja Ástþórsdóttir,Guðjón Magnússon,Margrét Rut Eddudóttir Skoðun Skýr stefna um málfrelsi Róbert H. Haraldsson Skoðun Loftslagsverkfræði: Verkefni sem borgar sig ekki að láta bíða Snjólaug Árnadóttir,Páll Gunnarsson Skoðun Er kominn tími til að láta endurmeta brunabótamatið á þínu húsnæði? Heiðrún Jónsdóttir Skoðun Hjartans mál í kennslu Sigurður Árni Reynisson Skoðun Skoðun Skoðun Ný sókn í menntamálum – tækifæri eða hliðarskref? Ingibjörg Isaksen skrifar Skoðun Á hvaða ári er Inga Sæland stödd? Snorri Másson skrifar Skoðun Eru börn innviðir? Hjördís Eva Þórðardóttir skrifar Skoðun Háskólaþorpið Bifröst og fólkið sem gleymdist Margrét Jónsdóttir Njarðvík skrifar Skoðun Körfubolti á tímum þjóðarmorðs Bjarni Þór Sigurbjörnsson skrifar Skoðun Draugagangur í Alaska Hannes Pétursson skrifar Skoðun Loftslagsverkfræði: Verkefni sem borgar sig ekki að láta bíða Snjólaug Árnadóttir,Páll Gunnarsson skrifar Skoðun Hoppað í drullipolli við hliðina á Snorra Mássyni. Um allskonar fólk, líka í Miðflokknum Ægir Lúðvíksson skrifar Skoðun 76 dagar Erlingur Sigvaldason skrifar Skoðun Í minningu körfuboltahetja Snæbjörn Guðmundsson skrifar Skoðun Er kominn tími til að láta endurmeta brunabótamatið á þínu húsnæði? Heiðrún Jónsdóttir skrifar Skoðun Húsnæðisbæturnar sem hurfu Ragnar Sigurður Kristjánsson skrifar Skoðun Ákall til KKÍ og íslensku íþróttahreyfingarinnar Ragnhildur Hólmgeirsdóttir,Oddný Björg Rafnsdóttir,Svanhildur Anja Ástþórsdóttir,Guðjón Magnússon,Margrét Rut Eddudóttir skrifar Skoðun Hjartans mál í kennslu Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Hunsuðu menntamálin – en ætla nú að bjarga þeim Sigurður Kári Harðarson skrifar Skoðun Sporin þín Valtýr Soffía Sigurðardóttir skrifar Skoðun Að saga rótina undan trénu og halda að stofninn vaxi hraðar: hugleiðing um tillögur Viðskiptaráðs Birgir Orri Ásgrímsson skrifar Skoðun Mikilvægi aðgengis og algildrar hönnunar að byggingum í dag og til framtíðar Þuríður Harpa Sigurðardóttir skrifar Skoðun Sjallar og lyklaborðið Sigfús Ómar Höskuldsson skrifar Skoðun Fimm af tíu veitingastöðum hættu með hvalkjöt Valgerður Árnadóttir,Stefán Yngvi Pétursson,Rósa Líf Darradóttir,Anahita S. Babaei skrifar Skoðun „Stóra fallega frumvarpið“ hans Trump Gunnar Alexander Ólafsson skrifar Skoðun Verndun vatns og stjórn vatnamála Ólafur Arnar Jónsson,Sigurður Guðjónsson skrifar Skoðun Gegn hernaði hvers konar Gunnar Björgvinsson skrifar Skoðun Hvers vegna sífellt fleiri sækjast eftir einveru Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Þriggja stiga þögn Bjarni Karlsson skrifar Skoðun Nú þarf að gyrða sig í brók Gunnlaugur Stefánsson skrifar Skoðun Lesblindir og stuðningur í skólum Snævar Ívarsson skrifar Skoðun Skóli án aðgreiningar – fallegt orðalag en brotakennd framkvæmd Sóldís Birta Reynisdóttir skrifar Skoðun Rýnt í stöðu kvenna með örorkulífeyri Huld Magnúsdóttir skrifar Skoðun Brot sem fyrnast í höndum lögreglu – hversu mörg í viðbót? Þórhildur Gyða Arnarsdóttir 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.
Hoppað í drullipolli við hliðina á Snorra Mássyni. Um allskonar fólk, líka í Miðflokknum Ægir Lúðvíksson Skoðun
Ákall til KKÍ og íslensku íþróttahreyfingarinnar Ragnhildur Hólmgeirsdóttir,Oddný Björg Rafnsdóttir,Svanhildur Anja Ástþórsdóttir,Guðjón Magnússon,Margrét Rut Eddudóttir Skoðun
Loftslagsverkfræði: Verkefni sem borgar sig ekki að láta bíða Snjólaug Árnadóttir,Páll Gunnarsson Skoðun
Skoðun Loftslagsverkfræði: Verkefni sem borgar sig ekki að láta bíða Snjólaug Árnadóttir,Páll Gunnarsson skrifar
Skoðun Hoppað í drullipolli við hliðina á Snorra Mássyni. Um allskonar fólk, líka í Miðflokknum Ægir Lúðvíksson skrifar
Skoðun Er kominn tími til að láta endurmeta brunabótamatið á þínu húsnæði? Heiðrún Jónsdóttir skrifar
Skoðun Ákall til KKÍ og íslensku íþróttahreyfingarinnar Ragnhildur Hólmgeirsdóttir,Oddný Björg Rafnsdóttir,Svanhildur Anja Ástþórsdóttir,Guðjón Magnússon,Margrét Rut Eddudóttir skrifar
Skoðun Að saga rótina undan trénu og halda að stofninn vaxi hraðar: hugleiðing um tillögur Viðskiptaráðs Birgir Orri Ásgrímsson skrifar
Skoðun Mikilvægi aðgengis og algildrar hönnunar að byggingum í dag og til framtíðar Þuríður Harpa Sigurðardóttir skrifar
Skoðun Fimm af tíu veitingastöðum hættu með hvalkjöt Valgerður Árnadóttir,Stefán Yngvi Pétursson,Rósa Líf Darradóttir,Anahita S. Babaei skrifar
Skoðun Skóli án aðgreiningar – fallegt orðalag en brotakennd framkvæmd Sóldís Birta Reynisdóttir skrifar
Skoðun Brot sem fyrnast í höndum lögreglu – hversu mörg í viðbót? Þórhildur Gyða Arnarsdóttir skrifar
Hoppað í drullipolli við hliðina á Snorra Mássyni. Um allskonar fólk, líka í Miðflokknum Ægir Lúðvíksson Skoðun
Ákall til KKÍ og íslensku íþróttahreyfingarinnar Ragnhildur Hólmgeirsdóttir,Oddný Björg Rafnsdóttir,Svanhildur Anja Ástþórsdóttir,Guðjón Magnússon,Margrét Rut Eddudóttir Skoðun
Loftslagsverkfræði: Verkefni sem borgar sig ekki að láta bíða Snjólaug Árnadóttir,Páll Gunnarsson Skoðun