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 VR á krossgötum - félagsmenn verða að hafna sundrungu Harpa Sævarsdóttir Skoðun Bakpokinn sem þyngist þegar á brattann sækir Gunnar Úlfarsson Skoðun Ég kýs mælskan og mannlegan leiðtoga sem rektor Engilbert Sigurðsson Skoðun Að kenna eða ekki kenna Helga Margrét Marzellíusardóttir Skoðun Nú ertu á (síðasta) séns! Halla Gunnarsdóttir Skoðun Heili ungmenna á samfélagsmiðlum – hefur endurvírun átt sér stað í heila heillar kynslóðar? Þórhildur Halldórsdóttir Skoðun Táknrænar 350 milljónir Sigmar Guðmundsson Skoðun Eigandinn smánaður Sigurjón Þórðarson Skoðun Takk fyrir stuðninginn félagsfólk VR Þorsteinn Skúli Sveinsson Skoðun Er þetta satt eða heyrði ég þetta bara nógu oft? Gunnhildur Birna Gunnarsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Stöðvum það sem gott er Íris E. Gísladóttir skrifar Skoðun Kjósum Kolbrúnu – Styrk stjórnun á tímum breytinga Margrét Sigrún Sigurðardóttir skrifar Skoðun Vanfjármögnun Háskóla Íslands verður að breyta Magnús Karl Magnússon skrifar Skoðun Er þetta satt eða heyrði ég þetta bara nógu oft? Gunnhildur Birna Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Stöndum með börnum Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun „Án orku verður ekki hagvöxtur“ Jón Skafti Gestsson skrifar Skoðun Ég kýs mælskan og mannlegan leiðtoga sem rektor Engilbert Sigurðsson skrifar Skoðun Almannaréttur er sá réttur sem almenningi er áskilinn í lögum til frjálsra afnota af landi og landsgæðum Skírnir Garðarson skrifar Skoðun Flosa í formanninn Jónas Már Torfason skrifar Skoðun VR á krossgötum - félagsmenn verða að hafna sundrungu Harpa Sævarsdóttir skrifar Skoðun Bakpokinn sem þyngist þegar á brattann sækir Gunnar Úlfarsson skrifar Skoðun Sólarhringur til stefnu Flosi Eiríksson skrifar Skoðun Takk fyrir stuðninginn félagsfólk VR Þorsteinn Skúli Sveinsson skrifar Skoðun Heili ungmenna á samfélagsmiðlum – hefur endurvírun átt sér stað í heila heillar kynslóðar? Þórhildur Halldórsdóttir skrifar Skoðun Sjálfbærni og mikilvægi háskóla Silja Bára Ómarsdóttir skrifar Skoðun Að kenna eða ekki kenna Helga Margrét Marzellíusardóttir skrifar Skoðun Þúsund hjúkrunarrými óskast strax í gær Aríel Pétursson skrifar Skoðun Nú ertu á (síðasta) séns! Halla Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Opið bréf til allra félagsmanna VR Bjarni Þór Sigurðsson skrifar Skoðun Líffræðileg fjölbreytni og tækifæri Íslands Jóhann Páll Jóhannsson skrifar Skoðun Táknrænar 350 milljónir Sigmar Guðmundsson skrifar Skoðun Átök Bandaríkjanna við Evrópu Kristján Reykjalín Vigfússon skrifar Skoðun Þjóðin tapar, bankarnir græða – Innleiðing RÍR og mótspyrna bankanna Aron Heiðar Steinsson skrifar Skoðun „Varðar mest, til allra orða undirstaðan sé réttlig fundin“ – í kjallaranum á Vesturgötu Gísli Sigurðsson,Svanhildur Óskarsdóttir skrifar Skoðun Gull og gráir skógar Björg Eva Erlendsdóttir skrifar Skoðun Afstaða háskólans Björn Þorsteinsson skrifar Skoðun Rektor sem hlustar og miðlar: X-Björn Gunnar Þór Jóhannesson,Katrín Anna Lund skrifar Skoðun Aldur notaður sem vopn í formannskosningu VR Bjarni Þór Sigurðsson skrifar Skoðun Fjölbreytileiki og jafnrétti á vinnustað Íris Helga Gígju Baldursdóttir skrifar Skoðun Eigandinn smánaður Sigurjón Þórðarson 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.
Heili ungmenna á samfélagsmiðlum – hefur endurvírun átt sér stað í heila heillar kynslóðar? Þórhildur Halldórsdóttir Skoðun
Skoðun Almannaréttur er sá réttur sem almenningi er áskilinn í lögum til frjálsra afnota af landi og landsgæðum Skírnir Garðarson skrifar
Skoðun Heili ungmenna á samfélagsmiðlum – hefur endurvírun átt sér stað í heila heillar kynslóðar? Þórhildur Halldórsdóttir skrifar
Skoðun Þjóðin tapar, bankarnir græða – Innleiðing RÍR og mótspyrna bankanna Aron Heiðar Steinsson skrifar
Skoðun „Varðar mest, til allra orða undirstaðan sé réttlig fundin“ – í kjallaranum á Vesturgötu Gísli Sigurðsson,Svanhildur Óskarsdóttir skrifar
Heili ungmenna á samfélagsmiðlum – hefur endurvírun átt sér stað í heila heillar kynslóðar? Þórhildur Halldórsdóttir Skoðun