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 Djöfulsins, helvítis, andskotans pakk Vilhjálmur H. Vilhjálmsson Skoðun Minna stress meiri ró! Magnús Jóhann Hjartarson Skoðun Frá sr. Friðriki til Eurovision: Sama woke-frásagnarvélin, sama niðurrifsverkefni gegn gyðing-kristnum rótum Vesturlanda Hilmar Kristinsson Skoðun Samherjarnir Ingi Freyr og Georg Helgi Páll Steingrímsson Skoðun Vindmyllur Þórðar Snæs Stefanía Kolbrún Ásbjörnsdóttir Skoðun Kæra Kristrún, eru Fjarðarheiðargöng of dýr? Helgi Hlynur Ásgrímsson Skoðun Hvernig varð staðan svona í Hafnarfirði? Einar Geir Þorsteinsson Skoðun Ríkisstjórn grefur undan samkeppni, þú munt borga meira Grétar Ingi Erlendsson,Erla Sif Markúsdóttir,Guðbergur Kristjánsson Skoðun Eyðilegging Kvikmyndasafns Íslands Sigurjón Baldur Hafsteinsson Skoðun Ráðherra sem talar um hlýju en tekur úrræði af veikum Elín A. Eyfjörð Ármannsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Frá sr. Friðriki til Eurovision: Sama woke-frásagnarvélin, sama niðurrifsverkefni gegn gyðing-kristnum rótum Vesturlanda Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Þingmaður með hálfsannleik um voffann Úffa Árni Stefán Árnason skrifar Skoðun Allt fyrir ekkert – eða ekkert fyrir allt? Eggert Sigurbergsson skrifar Skoðun Glansmynd án innihalds Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar Skoðun Kæra Kristrún, eru Fjarðarheiðargöng of dýr? Helgi Hlynur Ásgrímsson skrifar Skoðun Samvinna er eitt en samruni allt annað Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Eyðilegging Kvikmyndasafns Íslands Sigurjón Baldur Hafsteinsson skrifar Skoðun Ráðherra sem talar um hlýju en tekur úrræði af veikum Elín A. Eyfjörð Ármannsdóttir skrifar Skoðun Saman gegn fúski Benedikta Guðrún Svavarsdóttir skrifar Skoðun Ríkisstjórn grefur undan samkeppni, þú munt borga meira Grétar Ingi Erlendsson,Erla Sif Markúsdóttir,Guðbergur Kristjánsson skrifar Skoðun Hvernig varð staðan svona í Hafnarfirði? Einar Geir Þorsteinsson skrifar Skoðun Samherjarnir Ingi Freyr og Georg Helgi Páll Steingrímsson skrifar Skoðun Minna stress meiri ró! Magnús Jóhann Hjartarson skrifar Skoðun Innflytjendur, samningar og staðreyndir Birgir Orri Ásgrímsson skrifar Skoðun Vindmyllur Þórðar Snæs Stefanía Kolbrún Ásbjörnsdóttir skrifar Skoðun Ál- og kísilmarkaðir í hringiðu heimsmála Tinna Traustadóttir skrifar Skoðun Útgerðarmenn vaknið, virkjum nýjustu vísindi Svanur Guðmundsson skrifar Skoðun Hversu margar ókeypis máltíðir finnur þú í desember? Þorbjörg Sandra Bakke skrifar Skoðun Sjálfgefin íslenska – Hvernig? Ólafur Guðsteinn Kristjánsson skrifar Skoðun Vonbrigði í Vaxtamáli Breki Karlsson skrifar Skoðun Reykjalundur – lífsbjargandi þjónusta í 80 ár Magnús Sigurjón Olsen Guðmundsson skrifar Skoðun Svörin voru hroki og yfirlæti Davíð Bergmann skrifar Skoðun Umönnunarbilið – kapphlaupið við klukkuna og krónurnar Bryndís Elfa Valdemarsdóttir skrifar Skoðun Eurovision: Tímasetningin og atburðarásin sögðu meira en ákvörðunin Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Aðgerðarleysi er það sem kostar ungt fólk Jóhannes Óli Sveinsson skrifar Skoðun Að gera eða vera? Árni Sigurðsson skrifar Skoðun Af hverju umræðan um Eurovision, Ísrael og jólin hrynur þegar raunveruleikinn bankar upp á Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Skattablæti sem bitnar harðast á landsbyggðinni Þorgrímur Sigmundsson skrifar Skoðun Málfrelsi ungu kynslóðarinnar – og ábyrgðin sem bíður okkar Jóhann Ingi Óskarsson skrifar Skoðun „Við skulum syngja lítið lag...“ Arnar Eggert Thoroddsen 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.
Frá sr. Friðriki til Eurovision: Sama woke-frásagnarvélin, sama niðurrifsverkefni gegn gyðing-kristnum rótum Vesturlanda Hilmar Kristinsson Skoðun
Ríkisstjórn grefur undan samkeppni, þú munt borga meira Grétar Ingi Erlendsson,Erla Sif Markúsdóttir,Guðbergur Kristjánsson Skoðun
Skoðun Frá sr. Friðriki til Eurovision: Sama woke-frásagnarvélin, sama niðurrifsverkefni gegn gyðing-kristnum rótum Vesturlanda Hilmar Kristinsson skrifar
Skoðun Ríkisstjórn grefur undan samkeppni, þú munt borga meira Grétar Ingi Erlendsson,Erla Sif Markúsdóttir,Guðbergur Kristjánsson skrifar
Skoðun Umönnunarbilið – kapphlaupið við klukkuna og krónurnar Bryndís Elfa Valdemarsdóttir skrifar
Skoðun Eurovision: Tímasetningin og atburðarásin sögðu meira en ákvörðunin Gunnar Salvarsson skrifar
Skoðun Af hverju umræðan um Eurovision, Ísrael og jólin hrynur þegar raunveruleikinn bankar upp á Hilmar Kristinsson skrifar
Frá sr. Friðriki til Eurovision: Sama woke-frásagnarvélin, sama niðurrifsverkefni gegn gyðing-kristnum rótum Vesturlanda Hilmar Kristinsson Skoðun
Ríkisstjórn grefur undan samkeppni, þú munt borga meira Grétar Ingi Erlendsson,Erla Sif Markúsdóttir,Guðbergur Kristjánsson Skoðun