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 Veist þú hver heldur á skærunum eða litar á þér hárið? Margrét Ósk Brynjólfsdóttir,Sigríður Valdís Bergvinsdóttir Skoðun Loftslagssvindlið Lárus Bl. Sigurðsson Skoðun Spyrja tjattið? Svanhvít Lilja Ingólfsdóttir Skoðun Til hæstvirts mennta- og barnamálaráðherra, Ingu Sæland Hanna Rós Jónasdóttir,Valdís Anna Jónsdóttir, Skoðun Vísitöluafglöp fyrr og nú Helgi Tómasson Skoðun Loftslagssvindl eða hrein og klár vankunnátta frambjóðanda Miðflokksins? Sveinn Atli Gunnarsson Skoðun Halló boltafjörðurinn Hafnarfjörður Ívar Pétursson Skoðun Enginn einn Hlíf Steingrímsdóttir Skoðun Skjárinn sem stal æskunni Jóhann Ingi Óskarsson Skoðun Af hverju frestum við alltaf framtalinu? Tina Paic Skoðun Skoðun Skoðun Vísitöluafglöp fyrr og nú Helgi Tómasson skrifar Skoðun Spyrja tjattið? Svanhvít Lilja Ingólfsdóttir skrifar Skoðun Veist þú hver heldur á skærunum eða litar á þér hárið? Margrét Ósk Brynjólfsdóttir,Sigríður Valdís Bergvinsdóttir skrifar Skoðun Aðför að verðmætasköpun Guðveig Lind Eyglóardóttir skrifar Skoðun Til hæstvirts mennta- og barnamálaráðherra, Ingu Sæland skrifar Skoðun Er Reykjavíkurleiðin að fara að breyta landslaginu í leikskólum til betri vegar - eða er hún aðeins skyndilausn? Brynhildur Yrsa Valkyrja skrifar Skoðun Loftslagssvindl eða hrein og klár vankunnátta frambjóðanda Miðflokksins? Sveinn Atli Gunnarsson skrifar Skoðun Þarf ég að bíða eftir að álagið hætti eða get ég haft áhrif? Sigrún Þóra Sveinsdóttir skrifar Skoðun Af hverju frestum við alltaf framtalinu? Tina Paic skrifar Skoðun Grunnskólinn fyrr og nú Ólöf P. Úlfarsdóttir skrifar Skoðun Um samgönguáætlun Þórhallur Borgarsson skrifar Skoðun Menntun sem griðarstaður Ragnhildur Hólmgeirsdóttir skrifar Skoðun Er veggurinn nóg fyrir þig? Óðinn Freyr Baldursson skrifar Skoðun Skjárinn sem stal æskunni Jóhann Ingi Óskarsson skrifar Skoðun Loftslagssvindlið Lárus Bl. Sigurðsson skrifar Skoðun Hvað gerist þegar samfélag verðlaunar eignarhald meira en nýsköpun? Davíð Aron Routley skrifar Skoðun Hvernig nýtist Matsferill barninu þínu? Þórdís Jóna Sigurðardóttir skrifar Skoðun Að kasta krónunni fyrir aurinn Magnea Gná Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Enginn einn Hlíf Steingrímsdóttir skrifar Skoðun Halló boltafjörðurinn Hafnarfjörður Ívar Pétursson skrifar Skoðun Með gríðarlega fjármuni til ráðstöfunar Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Blóðmeraníðið - Þögn þingsins er alvarlegust Árni Stefán Árnason skrifar Skoðun Roma-börn og mörk ríkisvaldsins Halldóra Lillý Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Viljum við ekki örugga leikskóla? Pétur Halldórsson skrifar Skoðun Sólarpönk, er bjartsýni uppreisn? Diana Sus,Þuríður Helga Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Skaðleg efni ógna heilsu barna Guðrún Lilja Kristinsdóttir skrifar Skoðun Reynslan skiptir máli – við þurfum að meta hana af sanngirni Edda Jóhannesdóttir skrifar Skoðun Latínan bjargaði íslenskunni minni Kayla Amy Eleanor Harðardóttir skrifar Skoðun Hagnýtar húðflúraforvarnir Gísli Garðarsson skrifar Skoðun Þetta er skrýtin latína Ingvar S. Birgisson 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.
Veist þú hver heldur á skærunum eða litar á þér hárið? Margrét Ósk Brynjólfsdóttir,Sigríður Valdís Bergvinsdóttir Skoðun
Til hæstvirts mennta- og barnamálaráðherra, Ingu Sæland Hanna Rós Jónasdóttir,Valdís Anna Jónsdóttir, Skoðun
Loftslagssvindl eða hrein og klár vankunnátta frambjóðanda Miðflokksins? Sveinn Atli Gunnarsson Skoðun
Skoðun Veist þú hver heldur á skærunum eða litar á þér hárið? Margrét Ósk Brynjólfsdóttir,Sigríður Valdís Bergvinsdóttir skrifar
Skoðun Er Reykjavíkurleiðin að fara að breyta landslaginu í leikskólum til betri vegar - eða er hún aðeins skyndilausn? Brynhildur Yrsa Valkyrja skrifar
Skoðun Loftslagssvindl eða hrein og klár vankunnátta frambjóðanda Miðflokksins? Sveinn Atli Gunnarsson skrifar
Skoðun Þarf ég að bíða eftir að álagið hætti eða get ég haft áhrif? Sigrún Þóra Sveinsdóttir skrifar
Skoðun Hvað gerist þegar samfélag verðlaunar eignarhald meira en nýsköpun? Davíð Aron Routley skrifar
Veist þú hver heldur á skærunum eða litar á þér hárið? Margrét Ósk Brynjólfsdóttir,Sigríður Valdís Bergvinsdóttir Skoðun
Til hæstvirts mennta- og barnamálaráðherra, Ingu Sæland Hanna Rós Jónasdóttir,Valdís Anna Jónsdóttir, Skoðun
Loftslagssvindl eða hrein og klár vankunnátta frambjóðanda Miðflokksins? Sveinn Atli Gunnarsson Skoðun