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 Siðlaust en fullkomlega löglegt Jónas Yngvi Ásgrímsson Skoðun Við erum að missa klefann Arnar Ingi Ingason Skoðun Krúnuleikar Trumps konungs Kristinn Hrafnsson Skoðun Stóra sameiginlega sýnin um betra borgarsvæði – og Suðurlandsbraut Arnar Þór Ingólfsson Skoðun Flugvélar hinna fordæmdu Óskar Guðmundsson Skoðun Hvar er unga jafnaðarfólkið í Ráðhúsinu? Kristín Soffía Jónsdóttir Skoðun Milljarðasóun í boði andvaraleysis – Illa farið með almannafé og fólk Davíð Bergmann Skoðun Samfylking og Reykjavík til sigurs Pétur Marteinsson Skoðun Loðnuveiðar og stærð þorskstofna Guðmundur J. Óskarsson,Jónas P. Jónasson Skoðun Dóra Björt er ljúfur nagli Eydís Sara Óskarsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Hvar er unga jafnaðarfólkið í Ráðhúsinu? Kristín Soffía Jónsdóttir skrifar Skoðun Fjárfestum í farsælli framtíð Líf Lárusdóttir skrifar Skoðun Krúnuleikar Trumps konungs Kristinn Hrafnsson skrifar Skoðun Stuðningur við lista- og menningarstarf í höfuðborginni Magnea Marinósdóttir skrifar Skoðun Loðnuveiðar og stærð þorskstofna Guðmundur J. Óskarsson,Jónas P. Jónasson skrifar Skoðun Börn með fjölþættan vanda - hver ber ábyrgð og hvað er til ráða? Haraldur L. Haraldsson,Regína Ásvaldsdóttir,Þ:orbjörg Helga Vigfúsdóttir skrifar Skoðun Flugvélar hinna fordæmdu Óskar Guðmundsson skrifar Skoðun Siðlaust en fullkomlega löglegt Jónas Yngvi Ásgrímsson skrifar Skoðun Endurræsum fyrir börnin okkar og kennarana Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun Samfylking og Reykjavík til sigurs Pétur Marteinsson skrifar Skoðun Hugmyndin fyrir brandara – hakakró! Maciej Szott skrifar Skoðun Markmið fyrir iðnað, innantóm orð fyrir náttúru Elvar Örn Friðriksson skrifar Skoðun Dóra Björt er ljúfur nagli Eydís Sara Óskarsdóttir skrifar Skoðun Milljarðasóun í boði andvaraleysis – Illa farið með almannafé og fólk Davíð Bergmann skrifar Skoðun Steinunn GG hefur það sem mestu skiptir Sverrir Þórisson skrifar Skoðun Við erum að missa klefann Arnar Ingi Ingason skrifar Skoðun Framtíð íslenskunnar í alþjóðlegan heimi Alaina Bush skrifar Skoðun Stóra sameiginlega sýnin um betra borgarsvæði – og Suðurlandsbraut Arnar Þór Ingólfsson skrifar Skoðun 4% – varúðarviðmið sem byggist á vísindum Lísa Anne Libungan skrifar Skoðun Tölum Breiðholtið upp Valný Óttarsdóttir skrifar Skoðun Að leiðast er ekki alltaf leiðinlegt Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Loftslagsáhætta er öryggismál Jóhann Páll Jóhannsson,Johan Rockström skrifar Skoðun Borgin sem við byggjum er fjölbreytt borg Heiða Björg Hilmisdóttir skrifar Skoðun Hversdagurinn er ævintýri Skúli S. Ólafsson skrifar Skoðun Lærdómur frá Grænlandi um fæðuöryggi Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Staðan á húsnæðismarkaði orsök fátæktar einstaklinga og fjölskyldna – Hugmynd að lausn við bráðavanda Magnea Marinósdóttir skrifar Skoðun Ísland–Kanada Steinunn Ólína Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Jákvæð þróun í leikskólamálum Skúli Helgason skrifar Skoðun Eru fjáröflunarherferðir KÍ, Mottumars og Bleika slaufan, siðferðilega réttlætanlegar? Einar Páll Svavarsson skrifar Skoðun Einn deilibíll kemur í stað 16 einkabíla Kristín Hrefna Halldórsdóttir 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 Börn með fjölþættan vanda - hver ber ábyrgð og hvað er til ráða? Haraldur L. Haraldsson,Regína Ásvaldsdóttir,Þ:orbjörg Helga Vigfúsdóttir skrifar
Skoðun Milljarðasóun í boði andvaraleysis – Illa farið með almannafé og fólk Davíð Bergmann skrifar
Skoðun Stóra sameiginlega sýnin um betra borgarsvæði – og Suðurlandsbraut Arnar Þór Ingólfsson skrifar
Skoðun Staðan á húsnæðismarkaði orsök fátæktar einstaklinga og fjölskyldna – Hugmynd að lausn við bráðavanda Magnea Marinósdóttir skrifar
Skoðun Eru fjáröflunarherferðir KÍ, Mottumars og Bleika slaufan, siðferðilega réttlætanlegar? Einar Páll Svavarsson skrifar