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 Síðasti naglinn í líkkistuna? Ragnheiður Stephensen Skoðun Mýtan um óumflýjanlegan rússneskan sigur Erlingur Erlingsson Skoðun Magnús Karl verður rektor fyrir okkur öll Guðjón Reykdal Óskarsson Skoðun Opið bréf til Jóns Björns Hákonarsonar Fjóla Margrét Hrafnkelsdóttir,Guðrún Ásta Friðbertsdóttir,Karen Ragnarsdóttir,Lísa Lotta Björnsdóttir Skoðun Börn í vanda Ebba Margrét Magnúsdóttir Skoðun Af töppum Einar Bárðarson Skoðun Hinir mannlegu englar Landspítalans Sveinn Hjörtur Guðfinnsson Skoðun Mannauður er lykilfjárfesting sveitarfélaga Álfhildur Leifsdóttir Skoðun Opið bréf til Einars Þorsteinssonar og Hildar Björnsdóttur - Hafið þið enga sómakennd? Linda Ósk Sigurðardóttir Skoðun Við höfum tækifæri, sjálfstæðismenn! Kristín Linda Jónsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Stjórnarskráin Jörgen Ingimar Hansson skrifar Skoðun „Þetta er atriðið þar sem þið takið til fótanna…” Marta Wieczorek skrifar Skoðun Barátta hafnarverkamanna: Leiðin að viðurkenningu sem samningsaðili Sverrir Fannberg Júlíusson skrifar Skoðun Börn í vanda Ebba Margrét Magnúsdóttir skrifar Skoðun Opið bréf til Jóns Björns Hákonarsonar Fjóla Margrét Hrafnkelsdóttir,Guðrún Ásta Friðbertsdóttir,Karen Ragnarsdóttir,Lísa Lotta Björnsdóttir skrifar Skoðun Mýtan um óumflýjanlegan rússneskan sigur Erlingur Erlingsson skrifar Skoðun Hinir mannlegu englar Landspítalans Sveinn Hjörtur Guðfinnsson skrifar Skoðun Magnús Karl verður rektor fyrir okkur öll Guðjón Reykdal Óskarsson skrifar Skoðun Leiðtoga- og stjórnendavandi: Af hverju meðalmennska í stjórnun skaðar skipulagsheildir og hvernig á að bæta úr? Berglind Björk Hreinsdóttir skrifar Skoðun Stöndum vörð um akademískt frelsi Björn Þorsteinsson skrifar Skoðun Samræmd próf jafna stöðuna Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun VR og við sem erum miðaldra Halla Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Áslaug Arna - minn formaður Katrín Atladóttir skrifar Skoðun Mannauður er lykilfjárfesting sveitarfélaga Álfhildur Leifsdóttir skrifar Skoðun Vandi Háskóla Íslands og lausnir – II – ákvörðun launa Pétur Henry Petersen skrifar Skoðun Djarfar áherslur – sterkara VR Þorsteinn Skúli Sveinsson skrifar Skoðun Við höfum tækifæri, sjálfstæðismenn! Kristín Linda Jónsdóttir skrifar Skoðun Gervigreind í læknisfræði: Nýjustu tækniframfarirnar sem gætu bjargað mannslífum Sigvaldi Einarsson skrifar Skoðun Síðasti naglinn í líkkistuna? Ragnheiður Stephensen skrifar Skoðun Af töppum Einar Bárðarson skrifar Skoðun Plasttappamálið og skrækjandi þingmenn Birgir Dýrfjörð skrifar Skoðun Áfastur plasttappi lýðræðisins? Ingunn Björnsdóttir skrifar Skoðun Stétt með stétt? Helgi Áss Grétarsson skrifar Skoðun Áfram kennarar! Kristbjörg Þórisdóttir,Bragi Reynir Sæmundsson skrifar Skoðun Landshornalýðurinn á Hálsunum Hákon Gunnarsson skrifar Skoðun Minni kvenna - lofræða gervigreindar til hinnar íslensku konu Steinar Birgisson skrifar Skoðun Forvarnarsamtök óska skýringa á seinagangi Árni Einarsson skrifar Skoðun Hugleiðing á konudag Sigurður Ingi Arnars Unuson skrifar Skoðun Áslaug Arna Sigurbjörnsdóttir til formanns Sjálfstæðisflokksins -Kraftur nýrra tíma Svanur Guðmundsson skrifar Skoðun Hafnaðir þú Margrét Sanders? Páll Erlingsson,María Petrína Berg,Fjóla Ævarsdóttir,Sigrún Gróa Magnúsdóttir 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 Jóns Björns Hákonarsonar Fjóla Margrét Hrafnkelsdóttir,Guðrún Ásta Friðbertsdóttir,Karen Ragnarsdóttir,Lísa Lotta Björnsdóttir Skoðun
Opið bréf til Einars Þorsteinssonar og Hildar Björnsdóttur - Hafið þið enga sómakennd? Linda Ósk Sigurðardóttir Skoðun
Skoðun Barátta hafnarverkamanna: Leiðin að viðurkenningu sem samningsaðili Sverrir Fannberg Júlíusson skrifar
Skoðun Opið bréf til Jóns Björns Hákonarsonar Fjóla Margrét Hrafnkelsdóttir,Guðrún Ásta Friðbertsdóttir,Karen Ragnarsdóttir,Lísa Lotta Björnsdóttir skrifar
Skoðun Leiðtoga- og stjórnendavandi: Af hverju meðalmennska í stjórnun skaðar skipulagsheildir og hvernig á að bæta úr? Berglind Björk Hreinsdóttir skrifar
Skoðun Gervigreind í læknisfræði: Nýjustu tækniframfarirnar sem gætu bjargað mannslífum Sigvaldi Einarsson skrifar
Skoðun Áslaug Arna Sigurbjörnsdóttir til formanns Sjálfstæðisflokksins -Kraftur nýrra tíma Svanur Guðmundsson skrifar
Skoðun Hafnaðir þú Margrét Sanders? Páll Erlingsson,María Petrína Berg,Fjóla Ævarsdóttir,Sigrún Gróa Magnúsdóttir skrifar
Opið bréf til Jóns Björns Hákonarsonar Fjóla Margrét Hrafnkelsdóttir,Guðrún Ásta Friðbertsdóttir,Karen Ragnarsdóttir,Lísa Lotta Björnsdóttir Skoðun
Opið bréf til Einars Þorsteinssonar og Hildar Björnsdóttur - Hafið þið enga sómakennd? Linda Ósk Sigurðardóttir Skoðun