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 Er þetta virkilega svarið frá Þjóðkirkjunni? – þegar barn þarf að flýja úr helgidóm Hilmar Kristinsson Skoðun Glerbrotin í ryksugupokanum Kristín Kolbrún Waage Kolbeinsdóttir Skoðun Hvernig léttum við daglega lífið þitt? Einar Geir Þorsteinsson Skoðun Túrverkir og hitakóf – má ræða það í vinnunni? Já endilega! Katrín Björg Ríkarðsdóttir Skoðun Stóriðjutíminn á Íslandi er að renna sitt skeið Guðmundur Franklin Jónsson Skoðun Draghi-skýrslan og veikleikar Íslands Pawel Bartoszek Skoðun Nokkur orð um sérlausn í flugi Birna Sigrún Hallsdóttir,Hrafnhildur Bragadóttir Skoðun Kína mun ekki bjarga Vesturlöndum að þessu sinni Sæþór Randalsson Skoðun Fyrirmyndar forvarnarstefna í Mosfellsbæ Kjartan Helgi Ólafsson Skoðun Bakslag í opinberri þróunarsamvinnu Gunnar Salvarsson Skoðun Skoðun Skoðun Til hamingju Víkingur Heiðar! Halla Hrund Logadóttir skrifar Skoðun Sjálfbærni með í för – Vegagerðin stígur skref í átt að loftslagsvænni framkvæmdum Hólmfríður Bjarnadóttir skrifar Skoðun Þegar krónur skipta meira máli en velferð barna: Ástæður þess að enginn bauð í skólamáltíðir í Hafnarfirði Jón Ingi Hákonarson skrifar Skoðun Líf eftir afplánun – þegar stuðningur gerir frelsið raunverulegt Steinunn Ósk Óskarsdóttir skrifar Skoðun Á hvorum endanum viljum við byrja að skera af? Davíð Már Sigurðsson skrifar Skoðun Þegar krónur skipta meira máli en velferð barna Jón Ingi Hákonarson skrifar Skoðun Bakslag í opinberri þróunarsamvinnu Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Fyrirmyndar forvarnarstefna í Mosfellsbæ Kjartan Helgi Ólafsson skrifar Skoðun Hvernig léttum við daglega lífið þitt? Einar Geir Þorsteinsson skrifar Skoðun Kína mun ekki bjarga Vesturlöndum að þessu sinni Sæþór Randalsson skrifar Skoðun Er þetta virkilega svarið frá Þjóðkirkjunni? – þegar barn þarf að flýja úr helgidóm Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Átta mýtur klesstar inn í raunveruleikann - hvað er satt og hvað er logið um gervigreindina? Sigvaldi Einarsson skrifar Skoðun Glerbrotin í ryksugupokanum Kristín Kolbrún Waage Kolbeinsdóttir skrifar Skoðun Túrverkir og hitakóf – má ræða það í vinnunni? Já endilega! Katrín Björg Ríkarðsdóttir skrifar Skoðun Draghi-skýrslan og veikleikar Íslands Pawel Bartoszek skrifar Skoðun Nokkur orð um sérlausn í flugi Birna Sigrún Hallsdóttir,Hrafnhildur Bragadóttir skrifar Skoðun Geta öll dýrin í skóginum verið vinir? Steinar Bragi Sigurjónsson skrifar Skoðun Iðjuþjálfun í verki Þóra Leósdóttir skrifar Skoðun Mannfræðingar á atvinnumarkaði: opið bréf til íslenskra atvinnuveitenda Elísabet Dröfn Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Íbúðalán Landsbankans og fyrstu kaupendur Helgi Teitur Helgason skrifar Skoðun Að læra íslensku sem annað mál: ný brú milli íslensku og ensku Guðrún Nordal skrifar Skoðun Hamona Benedikt S. Benediktsson skrifar Skoðun Ógn og ofbeldi á vinnustöðum – hvað er til ráða Gísli Níls Einarsson skrifar Skoðun Lesum meira með börnunum okkar Steinn Jóhannsson skrifar Skoðun Kynjajafnrétti á ekki að stöðvast við hurð heilbrigðiskerfisins Elín A. Eyfjörð Ármannsdóttir skrifar Skoðun Stóriðjutíminn á Íslandi er að renna sitt skeið Guðmundur Franklin Jónsson skrifar Skoðun Núll mínútur og þrjátíuogeittþúsund Grétar Birgisson skrifar Skoðun Barnvæn borg byggist á traustu leikskólakerfi Stefán Pettersson skrifar Skoðun Kirkjur og kynfræðsla Bjarni Karlsson skrifar Skoðun Ójöfnuður í fjármögnun nýsköpunarverkefna Elinóra Inga Sigurðardóttir 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.
Er þetta virkilega svarið frá Þjóðkirkjunni? – þegar barn þarf að flýja úr helgidóm Hilmar Kristinsson Skoðun
Skoðun Sjálfbærni með í för – Vegagerðin stígur skref í átt að loftslagsvænni framkvæmdum Hólmfríður Bjarnadóttir skrifar
Skoðun Þegar krónur skipta meira máli en velferð barna: Ástæður þess að enginn bauð í skólamáltíðir í Hafnarfirði Jón Ingi Hákonarson skrifar
Skoðun Líf eftir afplánun – þegar stuðningur gerir frelsið raunverulegt Steinunn Ósk Óskarsdóttir skrifar
Skoðun Er þetta virkilega svarið frá Þjóðkirkjunni? – þegar barn þarf að flýja úr helgidóm Hilmar Kristinsson skrifar
Skoðun Átta mýtur klesstar inn í raunveruleikann - hvað er satt og hvað er logið um gervigreindina? Sigvaldi Einarsson skrifar
Skoðun Túrverkir og hitakóf – má ræða það í vinnunni? Já endilega! Katrín Björg Ríkarðsdóttir skrifar
Skoðun Mannfræðingar á atvinnumarkaði: opið bréf til íslenskra atvinnuveitenda Elísabet Dröfn Kristjánsdóttir skrifar
Skoðun Kynjajafnrétti á ekki að stöðvast við hurð heilbrigðiskerfisins Elín A. Eyfjörð Ármannsdóttir skrifar
Er þetta virkilega svarið frá Þjóðkirkjunni? – þegar barn þarf að flýja úr helgidóm Hilmar Kristinsson Skoðun