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 Hlíðarendi – hverfið mitt Freyr Snorrason Skoðun Framtíð löggæslu fínpússuð í tilraunastofunni Gaza Kristján Þór Sigurðsson Skoðun Alþjóðaflugvöllurinn á Akureyri: Hvar er Icelandair? Birgir Orri Ásgrímsson Skoðun Raddir, kyn og kassar Linda Björk Markúsardóttir Skoðun Leiðtogi nýrra tíma Auður Kjartansdóttir,Bjarnveig Guðbrandsdóttir,Brynhildur Einarsdóttir,Guðrún Ingadóttir,G. Sirrý Ágústsdóttir,Hafdís Gunnarsdóttir,Jónas Kári Eiríksson,Júlíus Guðni Antonsson,Ragnhildur Eva Jónsdóttir,Róbert Smári Gunnarsson Skoðun Herleysið er okkar vörn Dr. Ólína Kjerúlf Þorvarðardóttir Skoðun Magnús Karl sem næsta rektor Háskóla Íslands Sólveig Ásta Sigurðardóttir,Stefanía Benónísdóttir Skoðun Lukka Sjálfstæðisflokksins Inga María Hlíðar Thorsteinson Skoðun Heilbrigðisyfirvöld með í samtali um hugvíkkandi meðferðir Sara María Júlíudóttir Skoðun Wybory/Election/Kosningar Mateusz Gabríel K. Róbertsson Skoðun Skoðun Skoðun Herleysið er okkar vörn Dr. Ólína Kjerúlf Þorvarðardóttir skrifar Skoðun Raddir, kyn og kassar Linda Björk Markúsardóttir skrifar Skoðun Færni á vinnumarkaði – ný námsleið fyrir fólk með þroskahömlun Helga Gísladóttir skrifar Skoðun Framtíðarfyrirkomulag biðlauna formanns VR Ólafur Reimar Gunnarsson skrifar Skoðun Sannanir í dómsmáli? Rithandarrannsóknir, fyrri grein Jörgen Ingimar Hansson skrifar Skoðun Rödd friðar á móti sterkum her Anna Hildur Hildibrandsdóttir skrifar Skoðun Leiðtogi nýrra tíma Auður Kjartansdóttir,Bjarnveig Guðbrandsdóttir,Brynhildur Einarsdóttir,Guðrún Ingadóttir,G. Sirrý Ágústsdóttir,Hafdís Gunnarsdóttir,Jónas Kári Eiríksson,Júlíus Guðni Antonsson,Ragnhildur Eva Jónsdóttir,Róbert Smári Gunnarsson skrifar Skoðun Alþjóðaflugvöllurinn á Akureyri: Hvar er Icelandair? Birgir Orri Ásgrímsson skrifar Skoðun Tollflokkun rifins osts: Rangfærslur og staðreyndir Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Framtíð löggæslu fínpússuð í tilraunastofunni Gaza Kristján Þór Sigurðsson skrifar Skoðun Wybory/Election/Kosningar Mateusz Gabríel K. Róbertsson skrifar Skoðun Hver er betri sem formaður Sjálfstæðisflokksins? Þórir Garðarsson skrifar Skoðun Hlíðarendi – hverfið mitt Freyr Snorrason skrifar Skoðun Rétturinn til að hafa réttindi Arndís Anna Kristínardóttir Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Chamberlain eða Churchill leiðin? Ingibjörg Þóra Haraldsdóttir skrifar Skoðun Magnús Karl sem næsta rektor Háskóla Íslands Sólveig Ásta Sigurðardóttir,Stefanía Benónísdóttir skrifar Skoðun Heilbrigðisyfirvöld með í samtali um hugvíkkandi meðferðir Sara María Júlíudóttir skrifar Skoðun Flug er almenningsssamgöngur Ari Trausti Guðmundsson skrifar Skoðun Barátta fyrir mannréttindum aldrei verið mikilvægari Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Löggjafinn brýtur á skólabörnum (grein 1) Valdís Ingibjörg Jónsdóttir skrifar Skoðun Strandveiðar – nýliðun hægri vinstri Steindór Ingi Kjellberg skrifar Skoðun Reykurinn sást löngu fyrir brunann! Davíð Bergmann skrifar Skoðun Angist og krabbamein Auður E. Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Jens er rétti maðurinn í brúna! Anton Berg Sævarsson skrifar Skoðun Stuðningur fyrir börn í vanda getur verið lífsbjörg Stefán Guðbrandsson skrifar Skoðun Lukka Sjálfstæðisflokksins Inga María Hlíðar Thorsteinson skrifar Skoðun Silja Bára, öruggur og faglegur leiðtogi fyrir Háskóla Íslands Margrét Gíslínudóttir skrifar Skoðun Má skera börn? Magnea Gná Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Aðför að menntakerfinu Hólmfríður Jennýjar Árnadóttir skrifar Skoðun Er íslenska þjóðin að eldast? Þorsteinn Þorsteinsson 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.
Leiðtogi nýrra tíma Auður Kjartansdóttir,Bjarnveig Guðbrandsdóttir,Brynhildur Einarsdóttir,Guðrún Ingadóttir,G. Sirrý Ágústsdóttir,Hafdís Gunnarsdóttir,Jónas Kári Eiríksson,Júlíus Guðni Antonsson,Ragnhildur Eva Jónsdóttir,Róbert Smári Gunnarsson Skoðun
Magnús Karl sem næsta rektor Háskóla Íslands Sólveig Ásta Sigurðardóttir,Stefanía Benónísdóttir Skoðun
Skoðun Leiðtogi nýrra tíma Auður Kjartansdóttir,Bjarnveig Guðbrandsdóttir,Brynhildur Einarsdóttir,Guðrún Ingadóttir,G. Sirrý Ágústsdóttir,Hafdís Gunnarsdóttir,Jónas Kári Eiríksson,Júlíus Guðni Antonsson,Ragnhildur Eva Jónsdóttir,Róbert Smári Gunnarsson skrifar
Skoðun Magnús Karl sem næsta rektor Háskóla Íslands Sólveig Ásta Sigurðardóttir,Stefanía Benónísdóttir skrifar
Skoðun Heilbrigðisyfirvöld með í samtali um hugvíkkandi meðferðir Sara María Júlíudóttir skrifar
Skoðun Barátta fyrir mannréttindum aldrei verið mikilvægari Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir skrifar
Skoðun Silja Bára, öruggur og faglegur leiðtogi fyrir Háskóla Íslands Margrét Gíslínudóttir skrifar
Leiðtogi nýrra tíma Auður Kjartansdóttir,Bjarnveig Guðbrandsdóttir,Brynhildur Einarsdóttir,Guðrún Ingadóttir,G. Sirrý Ágústsdóttir,Hafdís Gunnarsdóttir,Jónas Kári Eiríksson,Júlíus Guðni Antonsson,Ragnhildur Eva Jónsdóttir,Róbert Smári Gunnarsson Skoðun
Magnús Karl sem næsta rektor Háskóla Íslands Sólveig Ásta Sigurðardóttir,Stefanía Benónísdóttir Skoðun