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 Sjáðu þig, því lífið liggur við Hlíf Steingrímsdóttir Skoðun Getur Gufunesið talist skapandi hverfi ef Listhúsið lokar? Narfi Þorsteinsson Skoðun Það þarf heilt þorp Björg Magnúsdóttir,Sandra Hlín Guðmundsdóttir Skoðun September án niðurstöðu Halla Gunnarsdóttir,Óskar Hafnfjörð Gunnarsson,Gunnar Sigurðsson,Eiður Stefánsson,Andri Reyr Haraldsson,Jakob Tryggvason Skoðun Þegar fyrirsögnin finnur orsökina á undan rannsókninni Elísabet Reynisdóttir Skoðun Fleiri leiðir til Evrópusamstarfs Erna Bjarnadóttir Skoðun Erum við tilbúin fyrir hálfs metra hækkun sjávar? Eyþór Eðvarðsson Skoðun Tiplað inn í framtíð ferðaþjónustunnar Inga Hlín Pálsdóttir Skoðun „Er hún ekki bara á túr?” Karen Ösp Friðriks,Eydís Sara Óskarsdóttir,Ísabella Ögn Þorsteinsdóttir,Valgerður Þ. Snæbjarnardóttir,Emma Rivard Henriot Skoðun Ró á vinnumarkaði krefst skýrra leikreglna Halldóra Sigr. Sveinsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Golfið lækning við hálfónýtum maga og þörmum? Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Þegar fyrirsögnin finnur orsökina á undan rannsókninni Elísabet Reynisdóttir skrifar Skoðun Fleiri leiðir til Evrópusamstarfs Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Tiplað inn í framtíð ferðaþjónustunnar Inga Hlín Pálsdóttir skrifar Skoðun Ró á vinnumarkaði krefst skýrra leikreglna Halldóra Sigr. Sveinsdóttir skrifar Skoðun Atvinna, ábyrg nýting og hagsmunir nærsamfélagsins Björn Bjarki Þorsteinsson skrifar Skoðun Hættum að endurræsa menntakerfið, byrjum að halda áfram Hjálmar Bogi Hafliðason skrifar Skoðun Það þarf heilt þorp Björg Magnúsdóttir,Sandra Hlín Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Getur Gufunesið talist skapandi hverfi ef Listhúsið lokar? Narfi Þorsteinsson skrifar Skoðun Huldufólkið Rannveig Haraldsdóttir skrifar Skoðun September án niðurstöðu Halla Gunnarsdóttir,Óskar Hafnfjörð Gunnarsson,Gunnar Sigurðsson,Eiður Stefánsson,Andri Reyr Haraldsson,Jakob Tryggvason skrifar Skoðun Sjáðu þig, því lífið liggur við Hlíf Steingrímsdóttir skrifar Skoðun Taktík Jens Garðar Helgason skrifar Skoðun Hvar værum við stödd ef rafbílavæðingin hefði ekki átt sér stað? Kristín Björk Bjarnadóttir skrifar Skoðun Heilarotnun og hugræktarstöðvar á tímum gervigreindar Þórhallur Magnússon skrifar Skoðun Pitsuostur, alþjóðaviðskipti og almannahagur Ólafur Stephensen skrifar Skoðun „Það er enn verið að drepa börn“ Hjálmtýr Heiðdal skrifar Skoðun Miklum afla landað utan kvóta Sigurjón Þórðarson skrifar Skoðun Dánaraðstoð: sjálfræði, mannréttindi og mörk samfélagsins Steinar Harðarson skrifar Skoðun Erum við tilbúin fyrir hálfs metra hækkun sjávar? Eyþór Eðvarðsson skrifar Skoðun Við erum öll orðin verkkaupar Anna Kristín Hálfdánardóttir skrifar Skoðun „Er hún ekki bara á túr?” Karen Ösp Friðriks,Eydís Sara Óskarsdóttir,Ísabella Ögn Þorsteinsdóttir,Valgerður Þ. Snæbjarnardóttir,Emma Rivard Henriot skrifar Skoðun Ævilöng túlkaþjónusta á kostnað útsvarsgreiðenda Kristín Kolbrún Waage Kolbeinsdóttir skrifar Skoðun Einmanaleikinn tekur sér ekki helgarfrí Jóhanna Erla Guðjónsdóttir,Valdimar Víðisson skrifar Skoðun Beislið sem hnýtir sig sjálft Sigvaldi Einarsson skrifar Skoðun Nýtt tímabil í skipulagsmálum Reykjavíkur Magnea Gná Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Kynheilbrigði ungmenna með öðruvísi taugaþroska María Jónsdóttir skrifar Skoðun Þvílíkar villigötur Ketill Guðmundsson skrifar Skoðun Bókasöfnin okkar Hrönn Soffíu Björgvinsdóttir skrifar Skoðun Skildi hugmynd Trumps vera “sleggjan” sem allir eru að leita af. Eggert Guðmundsson 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.
September án niðurstöðu Halla Gunnarsdóttir,Óskar Hafnfjörð Gunnarsson,Gunnar Sigurðsson,Eiður Stefánsson,Andri Reyr Haraldsson,Jakob Tryggvason Skoðun
„Er hún ekki bara á túr?” Karen Ösp Friðriks,Eydís Sara Óskarsdóttir,Ísabella Ögn Þorsteinsdóttir,Valgerður Þ. Snæbjarnardóttir,Emma Rivard Henriot Skoðun
Skoðun September án niðurstöðu Halla Gunnarsdóttir,Óskar Hafnfjörð Gunnarsson,Gunnar Sigurðsson,Eiður Stefánsson,Andri Reyr Haraldsson,Jakob Tryggvason skrifar
Skoðun Hvar værum við stödd ef rafbílavæðingin hefði ekki átt sér stað? Kristín Björk Bjarnadóttir skrifar
Skoðun „Er hún ekki bara á túr?” Karen Ösp Friðriks,Eydís Sara Óskarsdóttir,Ísabella Ögn Þorsteinsdóttir,Valgerður Þ. Snæbjarnardóttir,Emma Rivard Henriot skrifar
Skoðun Ævilöng túlkaþjónusta á kostnað útsvarsgreiðenda Kristín Kolbrún Waage Kolbeinsdóttir skrifar
Skoðun Einmanaleikinn tekur sér ekki helgarfrí Jóhanna Erla Guðjónsdóttir,Valdimar Víðisson skrifar
September án niðurstöðu Halla Gunnarsdóttir,Óskar Hafnfjörð Gunnarsson,Gunnar Sigurðsson,Eiður Stefánsson,Andri Reyr Haraldsson,Jakob Tryggvason Skoðun
„Er hún ekki bara á túr?” Karen Ösp Friðriks,Eydís Sara Óskarsdóttir,Ísabella Ögn Þorsteinsdóttir,Valgerður Þ. Snæbjarnardóttir,Emma Rivard Henriot Skoðun