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 Bönnum Rússa en ekki Ísraela Sigurlaug Knudsen Stefánsdóttir Skoðun Íslenskir bændur berskjaldaðir í boði RÚV Heiðbrá Ólafsdóttir Skoðun Af hverju vill ríkisstjórnin neyða bændur til að taka á móti norskum froskköfurum? Arndís Kristjánsdóttir Skoðun Dýrasta land heims í nafni sjálfstæðisins Inga Valgerður Henrikssen Skoðun Hvernig losum við bílinn? Elín Anna Baldursdóttir Skoðun Stærsta hættan við gervigreind er ekki tæknin heldur hik stjórnenda Gísli Rafn Ólafsson Skoðun Uppskrift að lakari samkeppnishæfni fiskeldis Heiðrún Lind Marteinsdóttir Skoðun Að geyma þá í myrkri: Varðhaldsmiðstöðin sem Ísland á ekki að reisa Nichole Leigh Mosty Skoðun Skilgreiningarvald mennskunnar Erna Mist Skoðun Á að brenna ólesnar bækur? Jón Páll Haraldsson Skoðun Skoðun Skoðun Hræsni siðferðisriddara Sigurjón Þórðarson skrifar Skoðun „Við erum svo eitruð að við gætum ekki flokkast sem matvara“ Anna María Björnsdóttir skrifar Skoðun Er drónaskapur dónaskapur? Björn Steinbekk skrifar Skoðun Greining Kolbrúnar Bergþórsdóttur á geðástandi andstæðinga ESB Gunnar Ármannsson skrifar Skoðun Þegar allt virðist vera í lagi í vinnunni Ragnhildur Bjarkadóttir skrifar Skoðun Um mögulega 20 km styttingu Hringvegar á Norðurlandi vestra Jónas B. Guðmundsson skrifar Skoðun Íslenskir bændur berskjaldaðir í boði RÚV Heiðbrá Ólafsdóttir skrifar Skoðun Stærsta hættan við gervigreind er ekki tæknin heldur hik stjórnenda Gísli Rafn Ólafsson skrifar Skoðun Hvernig losum við bílinn? Elín Anna Baldursdóttir skrifar Skoðun Að geyma þá í myrkri: Varðhaldsmiðstöðin sem Ísland á ekki að reisa Nichole Leigh Mosty skrifar Skoðun Uppskrift að lakari samkeppnishæfni fiskeldis Heiðrún Lind Marteinsdóttir skrifar Skoðun Af hverju vill ríkisstjórnin neyða bændur til að taka á móti norskum froskköfurum? Arndís Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Á að brenna ólesnar bækur? Jón Páll Haraldsson skrifar Skoðun Bönnum Rússa en ekki Ísraela Sigurlaug Knudsen Stefánsdóttir skrifar Skoðun Stjórnlaus hraðferð ofan í dauðadal gervigreindar – og leiðin út Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar Skoðun Í upphafi skal endinn skoða Íris Eva Gísladóttir,Ársæll Guðmundsson,Jóhanna Stella Oddsdóttir,Simon Cramer Larsen,Helga Þórðardóttir skrifar Skoðun Skilgreiningarvald mennskunnar Erna Mist skrifar Skoðun Dýrasta land heims í nafni sjálfstæðisins Inga Valgerður Henrikssen skrifar Skoðun Hugleiðingar um meðferð á beiðni um DNA rannsókn á mannabeinum í grafreit Lára Magnúsardóttir skrifar Skoðun Hvenær ætlar ríkisstjórnin að hætta að ljúga að sjálfri sér – og okkur? Kristinn Karl Brynjarsson skrifar Skoðun Ef þetta væri barnið þitt Arnar Kjartansson skrifar Skoðun Eru áfengiskaup verndandi þáttur? Dagbjört Harðardóttir skrifar Skoðun Hvenær er maður þjófur og hvenær er maður ekki þjófur? Einar Helgason skrifar Skoðun Gerðu það sem ég segi, ekki það sem ég geri! Guðni Freyr Öfjörð skrifar Skoðun Frá fullveldi til Brussel Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Fögnum Heimsdegi hafsins 8. júní Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Er íslenskan að verða gestur í eigin landi? Petra María Ingvaldsdóttir skrifar Skoðun Barátta við náttúru og yfirvald Jón Steinar Sæmundsson skrifar Skoðun STEM ævintýrið á Íslandi: Lausn við PISA-vandanum eða táknræn stefnumótun? Maren Davíðsdóttir skrifar Skoðun „Mamma, sjáðu, útlendingur!“ – Hvenær hættir maður að vera útlendingur? Valerio Gargiulo 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.
Af hverju vill ríkisstjórnin neyða bændur til að taka á móti norskum froskköfurum? Arndís Kristjánsdóttir Skoðun
Skoðun Stærsta hættan við gervigreind er ekki tæknin heldur hik stjórnenda Gísli Rafn Ólafsson skrifar
Skoðun Að geyma þá í myrkri: Varðhaldsmiðstöðin sem Ísland á ekki að reisa Nichole Leigh Mosty skrifar
Skoðun Af hverju vill ríkisstjórnin neyða bændur til að taka á móti norskum froskköfurum? Arndís Kristjánsdóttir skrifar
Skoðun Stjórnlaus hraðferð ofan í dauðadal gervigreindar – og leiðin út Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar
Skoðun Í upphafi skal endinn skoða Íris Eva Gísladóttir,Ársæll Guðmundsson,Jóhanna Stella Oddsdóttir,Simon Cramer Larsen,Helga Þórðardóttir skrifar
Skoðun Hugleiðingar um meðferð á beiðni um DNA rannsókn á mannabeinum í grafreit Lára Magnúsardóttir skrifar
Skoðun Hvenær ætlar ríkisstjórnin að hætta að ljúga að sjálfri sér – og okkur? Kristinn Karl Brynjarsson skrifar
Skoðun STEM ævintýrið á Íslandi: Lausn við PISA-vandanum eða táknræn stefnumótun? Maren Davíðsdóttir skrifar
Skoðun „Mamma, sjáðu, útlendingur!“ – Hvenær hættir maður að vera útlendingur? Valerio Gargiulo skrifar
Af hverju vill ríkisstjórnin neyða bændur til að taka á móti norskum froskköfurum? Arndís Kristjánsdóttir Skoðun