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 Það sem Sjálfstæðisflokknum líður verst með Arnar Þór Ingólfsson Skoðun Hamfarir Hildar – seinni hluti Haraldur Freyr Gíslason Skoðun Þegar framtíðin er seld á útsölu Anna Kristín Jensdóttir Skoðun Valdhroki bæjarstjórans í Kópavogi Helga Jónsdóttir Skoðun Viltu borga meira fyrir að leggja bílnum þínum í bílastæðahúsi? Regína Ásvaldsdóttir Skoðun Vindorka á Melrakkasléttu – prófsteinn á forgangsröðun okkar til framtíðar Árdís H. Jónsdóttir Skoðun Sóknin í efri byggðum Kópavogs Leifur Andri Leifsson Skoðun Til fréttastofu RÚV Þórður Magnússon Skoðun Skiptir máli hvað við kjósum í sveitarstjórnakosningunum? Sunna G. Sigurðardóttir Skoðun Urriðaholt svikið um almennilega sundlaug Laufey Gunnþórsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Grunnur að bjartri framtíð í Kópavogi Sigrún Bjarnadóttir skrifar Skoðun Strætó, bílar, rafhjól og gangandi fólk Unnar Jónsson skrifar Skoðun Að kjósa af yfirvegun Morgan Bresko skrifar Skoðun Öll börn eiga rétt á öryggi Arna Magnea Danks skrifar Skoðun Umhverfið er okkar mál - Gaman að plokka í Garðabæ Guðfinna Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Samfélag fyrir sum börn - framtíðarsýn sveitarfélaga fyrir fötluð börn Harpa Júlíusdóttir skrifar Skoðun Nauðsynlegar umbætur í menntamálum Inga Sæland skrifar Skoðun Urriðaholt svikið um almennilega sundlaug Laufey Gunnþórsdóttir skrifar Skoðun Hver bað um þessa illsku við eignalausa? Guðmundur Hrafn Arngrímsson,Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar Skoðun Stöndum með skólasamfélaginu í Garðabæ! Harpa Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Fangelsi fyrir fjölskyldur - Ekki nota börn sem peð í pólitískri skák Alma Mjöll Ólafsdóttir skrifar Skoðun Ferilsskrá í stað fagurgala Vigdís Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Börnin aftur í aftursætið? Heiðdís Geirsdóttir skrifar Skoðun Innantóm loforð um hjúkrunarheimili Gunnsteinn R. Ómarsson,Berglind Friðrikisdóttir,Pálmi Þór Ásbergsson,Bryndís Sigurðardóttir skrifar Skoðun Ást mín á íþróttum og silfurleysið í Peking Bjarni Fritzson skrifar Skoðun Aukið aðgengi að áfengi? Lísbet Sigurðardóttir skrifar Skoðun Þegar loforð duga ekki: Leikskólakerfið í Kópavogsbæ Nína Berglind Sigurgeirsdóttir skrifar Skoðun Leðurblökur í ráðhúsinu Elías Blöndal Guðjónsson skrifar Skoðun Um kennaranám Ása Lind Finnbogadóttir skrifar Skoðun Reynsla Íslands á erindi við umheiminn Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Garðabær er lifandi samfélag með aðlaðandi umhverfi, menningu og mannlíf Stella Stefánsdóttir skrifar Skoðun Árleg óvissa um NPA samninga er óboðleg Rúnar Björn Herrera Þorkelsson,Þorbera Fjölnisdóttir skrifar Skoðun Frelsi felst í fleiri valkostum Haukur Logi Jóhannsson skrifar Skoðun Mismunum grunnskólabarna í sumarfrístundakerfi Reykjavíkurborgar Guðrún Sif Friðriksdóttir skrifar Skoðun Viljum við að fatlað fólk mennti sig? Þuríður Harpa Sigurðardóttir skrifar Skoðun Bið, endalaus bið Margrét Rós Sigurjónsdóttir skrifar Skoðun Kársnesið okkar á betra skilið Thelma Árnadóttir skrifar Skoðun Er íslenskan að missa pláss í eigin landi? Valerio Gargiulo skrifar Skoðun Fleiri talmeinafræðinga og biðlistana burt Tinna Steindórsdóttir skrifar Skoðun Verkakonuskattur leikskólakerfisins Sólveig Anna Jónsdóttir 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.
Vindorka á Melrakkasléttu – prófsteinn á forgangsröðun okkar til framtíðar Árdís H. Jónsdóttir Skoðun
Skoðun Samfélag fyrir sum börn - framtíðarsýn sveitarfélaga fyrir fötluð börn Harpa Júlíusdóttir skrifar
Skoðun Hver bað um þessa illsku við eignalausa? Guðmundur Hrafn Arngrímsson,Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar
Skoðun Fangelsi fyrir fjölskyldur - Ekki nota börn sem peð í pólitískri skák Alma Mjöll Ólafsdóttir skrifar
Skoðun Innantóm loforð um hjúkrunarheimili Gunnsteinn R. Ómarsson,Berglind Friðrikisdóttir,Pálmi Þór Ásbergsson,Bryndís Sigurðardóttir skrifar
Skoðun Garðabær er lifandi samfélag með aðlaðandi umhverfi, menningu og mannlíf Stella Stefánsdóttir skrifar
Skoðun Árleg óvissa um NPA samninga er óboðleg Rúnar Björn Herrera Þorkelsson,Þorbera Fjölnisdóttir skrifar
Skoðun Mismunum grunnskólabarna í sumarfrístundakerfi Reykjavíkurborgar Guðrún Sif Friðriksdóttir skrifar
Vindorka á Melrakkasléttu – prófsteinn á forgangsröðun okkar til framtíðar Árdís H. Jónsdóttir Skoðun