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 Opið bréf til Friðriks Þórs Steven Meyers,Guðrún Elsa Bragadóttir,Ása Helga Hjörleifsdóttir,Brúsi Ólason,Erlendur Sveinsson,Heather Millard Skoðun Því miður hefur lítið breyst Áslaug Hulda Jónsdóttir Skoðun Hlustum á náttúruna Svandís Svavarsdóttir Skoðun ‘Vók’ er djók Alexandra Briem Skoðun Skjólveggur af körlum og ungum mönnum Ólafur Elínarson Skoðun Tæknin hjálpar lesblindum Guðmundur S. Johnsen Skoðun Framtíðin er rafmögnuð Jóhanna Hlín Auðunsdóttir Skoðun Breiðholtið er frábært! Gerum betur í umfjöllun og orðræðu Kristín Dögg Kristinsdóttir Skoðun Skattheimta sem markmið í sjálfu sér Guðrún Hafsteinsdóttir Skoðun Tryggja þarf aðkomu sjómanna að fiskveiðiráðgjöfinni Sigurjón Þórðarson Skoðun Skoðun Skoðun Hlustum á náttúruna Svandís Svavarsdóttir skrifar Skoðun Skattheimta sem markmið í sjálfu sér Guðrún Hafsteinsdóttir skrifar Skoðun Tæknin hjálpar lesblindum Guðmundur S. Johnsen skrifar Skoðun Tryggja þarf aðkomu sjómanna að fiskveiðiráðgjöfinni Sigurjón Þórðarson skrifar Skoðun Opið bréf til Friðriks Þórs Steven Meyers,Guðrún Elsa Bragadóttir,Ása Helga Hjörleifsdóttir,Brúsi Ólason,Erlendur Sveinsson,Heather Millard skrifar Skoðun Skjólveggur af körlum og ungum mönnum Ólafur Elínarson skrifar Skoðun Menntamál eru ekki afgangsstærð Hólmfríður Jennýjar Árnadóttir skrifar Skoðun ‘Vók’ er djók Alexandra Briem skrifar Skoðun Er friður tálsýn eða verkefni? Inga Daníelsdóttir skrifar Skoðun Kattahald Jökull Jörgensen skrifar Skoðun Framtíðin er rafmögnuð Jóhanna Hlín Auðunsdóttir skrifar Skoðun Ekki biðja um undanþágur heldur krefjast réttar samkvæmt EES-samningnum Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Þjóðarmorðið í blokkinni Bjarni Þór Sigurbjörnsson skrifar Skoðun Breiðholtið er frábært! Gerum betur í umfjöllun og orðræðu Kristín Dögg Kristinsdóttir skrifar Skoðun Ég hataði rafíþróttir! Þorvaldur Daníelsson skrifar Skoðun Því miður hefur lítið breyst Áslaug Hulda Jónsdóttir skrifar Skoðun Versta sem Ísland gæti gert Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Eru græn svæði í útrýmingarhættu í Reykjavík? Sigrún Ásta Einarsdóttir skrifar Skoðun Efla á forvarnir og setja börn í öndvegi með 5,7 milljarða niðurskurði Grímur Atlason skrifar Skoðun „...ég lærði líka að nota gagnrýna hugsun“ Hanna Björg Vilhjálmsdóttir skrifar Skoðun Risastór niðurskurður ríkistjórnarinnar er áfall fyrir foreldra og börn í landinu Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Látið okkur í friði Vilhjálmur Árnason skrifar Skoðun Gefðu fimmu! Ágúst Arnar Þráinsson skrifar Skoðun Allar hendur á dekk! Oddný G. Harðardóttir skrifar Skoðun Engin sátt án sannmælis Kristinn Karl Brynjarsson skrifar Skoðun Að finna rétt veiðigjald... Bolli Héðinsson skrifar Skoðun Hvað viltu að samskiptin á vinnustaðnum kosti? Carmen Maja Valencia skrifar Skoðun Stórt inngrip í rekstur íþróttafélaga! Jóhanna Dýrunn Jónsdóttir skrifar Skoðun Börn voga sér inn í afbrotaheim fullorðinna eða er það öfugt? Davíð Bergmann skrifar Skoðun Sósíalistaflokkurinn verður að snúast um meira en rassgatið á Gunnari Smára Trausti Breiðfjörð Magnússon 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.
Opið bréf til Friðriks Þórs Steven Meyers,Guðrún Elsa Bragadóttir,Ása Helga Hjörleifsdóttir,Brúsi Ólason,Erlendur Sveinsson,Heather Millard Skoðun
Skoðun Opið bréf til Friðriks Þórs Steven Meyers,Guðrún Elsa Bragadóttir,Ása Helga Hjörleifsdóttir,Brúsi Ólason,Erlendur Sveinsson,Heather Millard skrifar
Skoðun Ekki biðja um undanþágur heldur krefjast réttar samkvæmt EES-samningnum Erna Bjarnadóttir skrifar
Skoðun Breiðholtið er frábært! Gerum betur í umfjöllun og orðræðu Kristín Dögg Kristinsdóttir skrifar
Skoðun Efla á forvarnir og setja börn í öndvegi með 5,7 milljarða niðurskurði Grímur Atlason skrifar
Skoðun Risastór niðurskurður ríkistjórnarinnar er áfall fyrir foreldra og börn í landinu Sigurður Sigurðsson skrifar
Skoðun Sósíalistaflokkurinn verður að snúast um meira en rassgatið á Gunnari Smára Trausti Breiðfjörð Magnússon skrifar
Opið bréf til Friðriks Þórs Steven Meyers,Guðrún Elsa Bragadóttir,Ása Helga Hjörleifsdóttir,Brúsi Ólason,Erlendur Sveinsson,Heather Millard Skoðun