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 Referendum: Gratitude and Outlook from the Swiss Substitute Carl Baudenbacher Skoðun Hóparnir þrír sem segja JÁ Rúnar Vilhjálmsson Skoðun Hræðsluáróður og staðreyndir um orkuauðlindir Jóhann Páll Jóhannsson Skoðun Óviss um ESB? Segðu nei Jón Ívar Einarsson Skoðun Ástkæra, ylhýra, orðljóta málið… mitt Íris Erlingsdóttir Skoðun Segðu bara nei við sölumanninn Egill Gautason Skoðun Eru 532 milljarðar minni tala en 245 milljarðar? Egill Almar Ágústsson Skoðun Sagan endurtekur sig Daði Már Kristófersson Skoðun Hagsmunir Reykvíkinga og loðfíllinn í Ráðhúsinu Pétur Marteinsson Skoðun Lágir vextir og lágt vöruverð? Reynir Zoëga Skoðun Skoðun Skoðun Ástkæra, ylhýra, orðljóta málið… mitt Íris Erlingsdóttir skrifar Skoðun Referendum: Gratitude and Outlook from the Swiss Substitute Carl Baudenbacher skrifar Skoðun Eru 532 milljarðar minni tala en 245 milljarðar? Egill Almar Ágústsson skrifar Skoðun Lágir vextir og lágt vöruverð? Reynir Zoëga skrifar Skoðun Óviss um ESB? Segðu nei Jón Ívar Einarsson skrifar Skoðun Hóparnir þrír sem segja JÁ Rúnar Vilhjálmsson skrifar Skoðun Segðu bara nei við sölumanninn Egill Gautason skrifar Skoðun Sagan endurtekur sig Daði Már Kristófersson skrifar Skoðun Viltu hætta á samsekt í þjóðarmorði eða stríðsrekstri fyrir hagnað annarra? Bergljót T. Gunnlaugsdóttir skrifar Skoðun Í krónuklóm Jón Bragi Gunnlaugsson skrifar Skoðun Landsvirkjun, „Ísland allt“ og óvissan um ESB-aðild Þorgrímur Sigmundsson skrifar Skoðun Breytt heimsmynd Sigurgeir Jónasson skrifar Skoðun Komin með nóg af umræðu um ESB? Diljá Mist Einarsdóttir skrifar Skoðun Við höfum engu að tapa – þess vegna segi ég já Sindri S. Kristjánsson skrifar Skoðun Nýr samfélagssáttmáli: Lífeyrissjóðir, bankakerfi og afnám verðtryggingar — raunhæf leið til stöðugleika í kjarasamningum og styrkingar lánshæfismats Íslands Eggert Guðmundsson skrifar Skoðun Ísland og evran Höskuldur Einarsson skrifar Skoðun Gosi og gylliboðin Kristín Thoroddsen skrifar Skoðun Ný komugjöld í heilbrigðisþjónustu munu stórauka kostnaðarhlut sjúklinga Halldór Rafn Halldórsson skrifar Skoðun Spánverjar vilja íslenskan sjávarútveg Gunnar Bragi Sveinsson skrifar Skoðun Fólkið eða peningarnir? Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar Skoðun Stöndum vörð um...hvað? Ingibjörg Rósa Björnsdóttir skrifar Skoðun Hvaða ákvæði læknasamningsins voru mistök? Steinunn Þórðardóttir skrifar Skoðun Fullveldi hvað Ólafur Hannesson skrifar Skoðun Nei er ókei Ágúst Valves Jóhannesson skrifar Skoðun Hvað ef? Pétur B. Sveinsson skrifar Skoðun Húsnæðisvextir lækka ekki sjálfkrafa með evru Magnús B. Jóhannesson skrifar Skoðun Mun ESB hjálpa við vegagerð á Íslandi? Jón Þorvaldur Heiðarsson skrifar Skoðun Við erum í partíinu en megum ekki velja lag Árni Páll Jónsson skrifar Skoðun Með öllum mjalla? Steingrímur Jónsson skrifar Skoðun Fyrsti steinninn úr múrnum – af hverju ég segi já Brynhildur Heiðar- og Ómarsdóttir 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.
Skoðun Viltu hætta á samsekt í þjóðarmorði eða stríðsrekstri fyrir hagnað annarra? Bergljót T. Gunnlaugsdóttir skrifar
Skoðun Nýr samfélagssáttmáli: Lífeyrissjóðir, bankakerfi og afnám verðtryggingar — raunhæf leið til stöðugleika í kjarasamningum og styrkingar lánshæfismats Íslands Eggert Guðmundsson skrifar
Skoðun Ný komugjöld í heilbrigðisþjónustu munu stórauka kostnaðarhlut sjúklinga Halldór Rafn Halldórsson skrifar