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 Ert þú þessi hálfviti? Guðrún Tinna Ólafsdóttir Skoðun Enn einn landsbyggðarskatturinn á íbúa Austurlands Dagmar Ýr Stefánsdóttir,Kristín Dröfn Halldórsdóttir Skoðun Verð gæti stórlækkað á Íslandi Gauti B. Eggertsson Skoðun Nemendur okkar eiga meira skilið en tölu Fiona Oliver,Yrsa Rós Brynjudóttir Skoðun „Noregur hefur aðildarviðræður við Evrópusambandið“ Gunnar H. Garðarsson Skoðun Þegar reikniformúla verður að ráðningarþaki sjúkraliða Sandra B. Franks Skoðun Lygar um þjóðaratkvæðagreiðsluna 29. ágúst og aðildarviðræður við Evrópusambandið Kristín Vala Ragnarsdóttir Skoðun 66 milljónir verða að 477 milljónum! Runólfur Ágústsson Skoðun Segjum JÁ til að styrkja frelsi okkar og fullveldi Þorkell Helgason Skoðun Fatlaðir henda hækjum og blindir fá sýn núna Aðalsteinn Júlíus Magnússon Skoðun Skoðun Skoðun Verð gæti stórlækkað á Íslandi Gauti B. Eggertsson skrifar Skoðun ESB: Hvað kostar að vera utangarðs? Innviðir, tæknilegt samstarf og varnarmál Sigurður Emil Pálsson skrifar Skoðun Gigtin sést ekki alltaf – en hún getur breytt öllu Hrönn Stefánsdóttir skrifar Skoðun Hversu miklar umferðartafir má bjóða þér með skólaárinu? Valur Elli Valsson skrifar Skoðun Atvinnuviðtal hjá ESB? Brynjar Níelsson skrifar Skoðun Kvalajárn Rósa Líf Darradóttir skrifar Skoðun Að kaupa atkvæði þjóðar Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar Skoðun Framtíðin, björt eða svört? Ólafur Hannesson skrifar Skoðun Ert þú þessi hálfviti? Guðrún Tinna Ólafsdóttir skrifar Skoðun Þegar reikniformúla verður að ráðningarþaki sjúkraliða Sandra B. Franks skrifar Skoðun Af hverju eru íslenskir sprotar skráðir í Delaware? Egill Almar Ágústsson skrifar Skoðun Járn í járn Atli Sævar Guðmundsson skrifar Skoðun Krónan er ventillinn sem heldur aftur af íslensku atvinnulífi Óðinn Freyr Baldursson skrifar Skoðun ESB margfaldar áhrif smáríkja: Dæmi frá Kýpur Dominic Scott skrifar Skoðun Segjum JÁ til að styrkja frelsi okkar og fullveldi Þorkell Helgason skrifar Skoðun Nemendur okkar eiga meira skilið en tölu Fiona Oliver,Yrsa Rós Brynjudóttir skrifar Skoðun Enn einn landsbyggðarskatturinn á íbúa Austurlands Dagmar Ýr Stefánsdóttir,Kristín Dröfn Halldórsdóttir skrifar Skoðun Hver borgar þegar borgin sparar? Kári Sigurðsson skrifar Skoðun Fjölbreyttar þarfir kalla á fjölbreytta fagþekkingu Ulrike Schubert skrifar Skoðun Fatlaðir henda hækjum og blindir fá sýn núna Aðalsteinn Júlíus Magnússon skrifar Skoðun Grand Fenwick við Faxaflóa Júlíus Valsson skrifar Skoðun 66 milljónir verða að 477 milljónum! Runólfur Ágústsson skrifar Skoðun Getur bætt efnahagsumhverfið skilað íslenskri fjölskyldu 5–8 milljóna á ári? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Níu atriði til umhugsunar vegna þjóðaratkvæðagreiðslunnar Rúnar Vilhjálmsson skrifar Skoðun Ríkisstjórn sem vandar sig ekki veldur skaða Ágúst Elvar Bjarnason skrifar Skoðun Framtíðarsýn um réttlæti og stöðugleika Sandra Sigurðardóttir skrifar Skoðun Á eigin skinni Gauti Kristmannsson skrifar Skoðun Nú á þjóðin leik – já til að sjá 29. ágúst Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar Skoðun Loksins sameinuð! Martha Árnadóttir skrifar Skoðun Næsta stafræna gjá Íslands er þegar að myndast Stefán Atli Rúnarsson 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.
Enn einn landsbyggðarskatturinn á íbúa Austurlands Dagmar Ýr Stefánsdóttir,Kristín Dröfn Halldórsdóttir Skoðun
Lygar um þjóðaratkvæðagreiðsluna 29. ágúst og aðildarviðræður við Evrópusambandið Kristín Vala Ragnarsdóttir Skoðun
Skoðun ESB: Hvað kostar að vera utangarðs? Innviðir, tæknilegt samstarf og varnarmál Sigurður Emil Pálsson skrifar
Skoðun Krónan er ventillinn sem heldur aftur af íslensku atvinnulífi Óðinn Freyr Baldursson skrifar
Skoðun Enn einn landsbyggðarskatturinn á íbúa Austurlands Dagmar Ýr Stefánsdóttir,Kristín Dröfn Halldórsdóttir skrifar
Skoðun Getur bætt efnahagsumhverfið skilað íslenskri fjölskyldu 5–8 milljóna á ári? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar
Enn einn landsbyggðarskatturinn á íbúa Austurlands Dagmar Ýr Stefánsdóttir,Kristín Dröfn Halldórsdóttir Skoðun
Lygar um þjóðaratkvæðagreiðsluna 29. ágúst og aðildarviðræður við Evrópusambandið Kristín Vala Ragnarsdóttir Skoðun