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 Til hvers að læra iðnnám? Jakob Þór Möller Skoðun Vinnubrögð Carbfix eru ámælisverð Ólafur Sigurðsson Skoðun Hvenær ber fullorðið fólk ábyrð? Guðrún Ósk Þórudóttir Skoðun Opið bréf til Friðriks Þórs Steven Meyers,Guðrún Elsa Bragadóttir,Ása Helga Hjörleifsdóttir,Brúsi Ólason,Erlendur Sveinsson,Heather Millard Skoðun ‘Vók’ er djók Alexandra Briem Skoðun Á að láta trúð ráða ferðinni? Ingólfur Steinsson Skoðun Trans fólk er ekki að biðja um sérmeðferð Eydís Ásbjörnsdóttir Skoðun Ofþétting byggðar í Breiðholti? Þorvaldur Daníelsson Skoðun Gervigreind í daglegu lífi: 15 dæmi Björgmundur Örn Guðmundsson Skoðun Vofa illsku, vofa grimmdar Haukur Már Haraldsson Skoðun Skoðun Skoðun Gamalt vín á nýjum belgjum Guðbjörg Sveinsdóttir skrifar Skoðun Mikilvægi skólasafna – meira en bókageymsla Jónella Sigurjónsdóttir,Þórný Hlynsdóttir,Kristjana Mjöll Jónsdóttir Hjörvar skrifar Skoðun Aukinn stuðningur við ESB og NATO Pawel Bartoszek skrifar Skoðun Það á að hafa afleiðingar að níðast á varnarlausu fólki Kristján Þórður Snæbjarnarson skrifar Skoðun Börnin borga fyrir hagræðinguna í Kópavogi Sigurbjörg Erla Egilsdóttir skrifar Skoðun Hvernig er veðrið þarna uppi? Diljá Mist Einarsdóttir skrifar Skoðun Að leita er að læra Ragnar Sigurðsson skrifar Skoðun Vöxtur hugverkaiðnaðar á biðstofunni Erla Tinna Stefánsdóttir,Hulda Birna Kjærnested Baldursdóttir skrifar Skoðun Viska: Sterkara stéttarfélag framtíðarinnar Ingibjörg Þóra Haraldsdóttir skrifar Skoðun Þetta er ekki raunverulegt réttlæti Snorri Másson skrifar Skoðun Ábyrgð auglýsenda á íslenskri fjölmiðlun Daníel Rúnarsson skrifar Skoðun Vofa illsku, vofa grimmdar Haukur Már Haraldsson skrifar Skoðun Á að láta trúð ráða ferðinni? Ingólfur Steinsson skrifar Skoðun Kópavogur forgangsraðar í þágu kennara, barna og skólastarfs Ásdís Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Ofþétting byggðar í Breiðholti? Þorvaldur Daníelsson skrifar Skoðun Trans fólk er ekki að biðja um sérmeðferð Eydís Ásbjörnsdóttir skrifar Skoðun Hvenær ber fullorðið fólk ábyrð? Guðrún Ósk Þórudóttir skrifar Skoðun Hugsanaskekkja forsætiráðherra í Evrópumálum – Þetta eru tvö skref! Ole Anton Bieltvedt skrifar Skoðun Opið bréf til ráðherranna Hönnu Katrínar og Ingu Sæland - blóðmeramálið Árni Stefán Árnason skrifar Skoðun Vinnubrögð Carbfix eru ámælisverð Ólafur Sigurðsson skrifar Skoðun Öllum til hagsbóta að bæta hag nýrra Íslendinga Marta Wieczorek skrifar Skoðun Raunveruleg úrræði óskast takk! Guðmundur Ingi Þóroddsson skrifar Skoðun (Ó)merkilegir íbúar Örn Smárason skrifar Skoðun Vangaveltur um ábyrgð og laun Sigurbjörg Erla Egilsdóttir skrifar Skoðun Gervigreind í daglegu lífi: 15 dæmi Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar Skoðun Til hvers að læra iðnnám? Jakob Þór Möller skrifar Skoðun Komir þú á Grænlands grund Gunnar Pálsson skrifar Skoðun Ólöglegir ópíóðar: Skaðaminnkandi þjónusta bráðnauðsynleg Ósk Sigurðardóttir skrifar Skoðun Hlustum á náttúruna Svandís Svavarsdóttir skrifar Skoðun Skattheimta sem markmið í sjálfu sér Guðrún Hafsteinsdóttir 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.
Opið bréf til Friðriks Þórs Steven Meyers,Guðrún Elsa Bragadóttir,Ása Helga Hjörleifsdóttir,Brúsi Ólason,Erlendur Sveinsson,Heather Millard Skoðun
Skoðun Mikilvægi skólasafna – meira en bókageymsla Jónella Sigurjónsdóttir,Þórný Hlynsdóttir,Kristjana Mjöll Jónsdóttir Hjörvar skrifar
Skoðun Það á að hafa afleiðingar að níðast á varnarlausu fólki Kristján Þórður Snæbjarnarson skrifar
Skoðun Vöxtur hugverkaiðnaðar á biðstofunni Erla Tinna Stefánsdóttir,Hulda Birna Kjærnested Baldursdóttir skrifar
Skoðun Kópavogur forgangsraðar í þágu kennara, barna og skólastarfs Ásdís Kristjánsdóttir skrifar
Skoðun Hugsanaskekkja forsætiráðherra í Evrópumálum – Þetta eru tvö skref! Ole Anton Bieltvedt skrifar
Skoðun Opið bréf til ráðherranna Hönnu Katrínar og Ingu Sæland - blóðmeramálið Árni Stefán Árnason skrifar
Opið bréf til Friðriks Þórs Steven Meyers,Guðrún Elsa Bragadóttir,Ása Helga Hjörleifsdóttir,Brúsi Ólason,Erlendur Sveinsson,Heather Millard Skoðun