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 Er það þjóðremba að vilja tala sama tungumál? Jasmina Vajzović Skoðun Þetta er ekki gervigreind Sigríður Hagalín Björnsdóttir Skoðun „Íslendingar elska fábjána og vona að þeir geti orðið ráðherrar“ Jakob Bragi Hannesson Skoðun Krónan úthlutar ekki byggingalóðum Hjörtur J. Guðmundsson Skoðun Öll börn eiga að geta tekið þátt Þorvaldur Davíð Kristjánsson Skoðun Þegar veikindi mæta vantrú Ingibjörg Isaksen Skoðun Óður til frábæra fólksins Jón Pétur Zimsen Skoðun Djíbútí norðursins Sæunn Gísladóttir Skoðun Frostaveturinn mikli Lilja Rannveig Sigurgeirsdóttir Skoðun Nærri 50 ára starf Jarðhitaskóla GRÓ hefur skilað miklum árangri Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Annarlegar hvatir og óæskilegt fólk Gauti Kristmannsson skrifar Skoðun Frostaveturinn mikli Lilja Rannveig Sigurgeirsdóttir skrifar Skoðun Allir eru að gera það gott…. Margrét Júlía Rafnsdóttir skrifar Skoðun Þetta er ekki gervigreind Sigríður Hagalín Björnsdóttir skrifar Skoðun Að taka á móti börnum á forsendum þeirra Bryndís Haraldsdóttir skrifar Skoðun Ofbeldislaust ævikvöld Gestur Pálsson skrifar Skoðun Er það þjóðremba að vilja tala sama tungumál? Jasmina Vajzović skrifar Skoðun „Íslendingar elska fábjána og vona að þeir geti orðið ráðherrar“ Jakob Bragi Hannesson skrifar Skoðun Nærri 50 ára starf Jarðhitaskóla GRÓ hefur skilað miklum árangri Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Óður til frábæra fólksins Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun Djíbútí norðursins Sæunn Gísladóttir skrifar Skoðun Þegar veikindi mæta vantrú Ingibjörg Isaksen skrifar Skoðun Öll börn eiga að geta tekið þátt Þorvaldur Davíð Kristjánsson skrifar Skoðun Krónan úthlutar ekki byggingalóðum Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Þegar sannleikurinn krefst vísinda – ekki tilfinninga Liv Åse Skarstad skrifar Skoðun Fimm skipstjórar en engin við stýrið Þórdís Lóa Þórhallsdóttir skrifar Skoðun Fermingarbörn, sjálfsfróun og frjálslyndisfíkn Einar Baldvin Árnason skrifar Skoðun Ekki framfærsla í skilningi laga Eva Hauksdóttir skrifar Skoðun Bætt staða stúdenta - en verkefninu ekki lokið Kolbrún Halldórsdóttir,Lísa Margrét Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Evra vs. króna. Áhugaverð viðbrögð við ótrúlegum vaxtamun Dagur B. Eggertsson skrifar Skoðun Hverjar eru hinar raunverulegu afætur? Karl Héðinn Kristjánsson skrifar Skoðun Vændi og opin umræða Guðmundur Ingi Þóroddsson skrifar Skoðun Jesú er hot! Þorsteinn Jakob Klemenzson skrifar Skoðun Kíkt í húsnæðispakkann Björn Brynjúlfur Björnsson skrifar Skoðun Óbærilegur ómöguleiki íslenskrar krónu Guðbrandur Einarsson skrifar Skoðun Íslenskir Trumpistar Andri Þorvarðarson skrifar Skoðun „Sofðu rótt í alla nótt“ – Um stöðu íslenskunnar, lestrarmenningu og ákall til okkar sjálfra Gunnar Már Gunnarsson skrifar Skoðun Í hvað á orkan að fara? Hallgrímur Óskarsson skrifar Skoðun Vegatálmar á skólagöngunni Birna Þórarinsdóttir skrifar Skoðun Þegar Evrópa fer á hnén og kallar það vináttu Steinunn Ólína Þorsteinsdóttir 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.
Nærri 50 ára starf Jarðhitaskóla GRÓ hefur skilað miklum árangri Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir Skoðun
Skoðun „Íslendingar elska fábjána og vona að þeir geti orðið ráðherrar“ Jakob Bragi Hannesson skrifar
Skoðun Nærri 50 ára starf Jarðhitaskóla GRÓ hefur skilað miklum árangri Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir skrifar
Skoðun Bætt staða stúdenta - en verkefninu ekki lokið Kolbrún Halldórsdóttir,Lísa Margrét Gunnarsdóttir skrifar
Skoðun „Sofðu rótt í alla nótt“ – Um stöðu íslenskunnar, lestrarmenningu og ákall til okkar sjálfra Gunnar Már Gunnarsson skrifar
Nærri 50 ára starf Jarðhitaskóla GRÓ hefur skilað miklum árangri Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir Skoðun