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 40 ára ráðgáta leyst Arnór Bjarki Svarfdal Skoðun Smábátar bjóða betur! Kjartan Páll Sveinsson Skoðun Eru vísindin á dagskrá? Eiríkur Steingrímsson,Margrét Helga Ögmundsdóttir,Erna Magnúsdóttir Skoðun Maður á sviði: Narsissisti í nánu sambandi Hrafnhildur Sigmarsdóttir Skoðun Hverskonar frelsi vill Viðreisn? Reynir Böðvarsson Skoðun Íslenskur útgerðarmaður, evrópsk verkakona Sigurgeir B. Kristgeirsson Skoðun Stjórnlaust útlendingahatur Útlendingastofnunar Jón Frímann Jónsson Skoðun Forvarnir og fyrirmyndir er á ábyrgð okkar allra Arnrún María Magnúsdóttir Skoðun Kvenréttindi varða okkur öll - óháð kyni Rósa S. Sigurðardóttir Skoðun Innviðauppbygging og viðhald í Sveitarfélaginu Árborg Álfheiður Eymarsdóttir,Sveinn Ægir Birgisson Skoðun Skoðun Skoðun Smábátar bjóða betur! Kjartan Páll Sveinsson skrifar Skoðun Eru vísindin á dagskrá? Eiríkur Steingrímsson,Margrét Helga Ögmundsdóttir,Erna Magnúsdóttir skrifar Skoðun Hverskonar frelsi vill Viðreisn? Reynir Böðvarsson skrifar Skoðun Tíminn til að njóta Þröstur V. Söring skrifar Skoðun Forvarnir og fyrirmyndir er á ábyrgð okkar allra Arnrún María Magnúsdóttir skrifar Skoðun Af hverju hóflegan jöfnuð fremur en ójöfnuð? Guðmundur D. Haraldsson skrifar Skoðun Sagnaarfur Biblíunnar – Móses og Martin Luther King Sigurvin Lárus Jónsson skrifar Skoðun Innviðauppbygging og viðhald í Sveitarfélaginu Árborg Álfheiður Eymarsdóttir,Sveinn Ægir Birgisson skrifar Skoðun Jólin og börnin okkar: Að leggja áherslu á samveru frekar en gjafir Valgerður Bára Bárðardóttir skrifar Skoðun Stjórnlaust útlendingahatur Útlendingastofnunar Jón Frímann Jónsson skrifar Skoðun 40 ára ráðgáta leyst Arnór Bjarki Svarfdal skrifar Skoðun Kvenréttindi varða okkur öll - óháð kyni Rósa S. Sigurðardóttir skrifar Skoðun Siðferði og ábyrgð – lykillinn að trausti Sigvaldi Einarsson skrifar Skoðun Áhrifaleysið – trúa menn því virkilega? Andrés Pétursson skrifar Skoðun Íslenskur útgerðarmaður, evrópsk verkakona Sigurgeir B. Kristgeirsson skrifar Skoðun Embættismenn og stjórnmálamenn 30 ára Pétur Berg Matthíasson skrifar Skoðun Sýrland í stuttu máli Omran Kassoumeh skrifar Skoðun Er Vernd einkarekið fangelsi í dulargervi áfangaheimilis? Ólafur Ágúst Hraundal skrifar Skoðun Eftirlifendur fá friðarverðlaun Andrés Ingi Jónsson skrifar Skoðun Við getum stöðvað kynbundið ofbeldi Hildur Guðbjörnsdóttir skrifar Skoðun Dýravelferð dýranna Árni Alfreðsson skrifar Skoðun Réttur kvenna til lífs Ólöf Embla Eyjólfsdóttir skrifar Skoðun Bílastæði eru hættulegri en þú heldur Hrefna Sigurjónsdóttir skrifar Skoðun Fimmtíu ár frá Kvennafrídeginum árið 2025 Matthildur Björnsdóttir skrifar Skoðun Framtíðarsýn skóla og frístundastarfs í Lauganes- og Langholtshverfi Árelía Eydís Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Getur rafmagnið lært af símanum? Sigurður Jóhannesson skrifar Skoðun „Fé fylgi sjúklingi – ný útfærsla“ Teitur Guðmundsson skrifar Skoðun Aðgengi og lífsgæði eldri borgara í stafrænni framtíð: Hvað getum við gert betur? Hildur María Friðriksdóttir skrifar Skoðun Loftslagsmál eru orkumál Nótt Thorberg skrifar Skoðun Lánakvótar opna á nýja möguleika í hagstjórn Hallgrímur Óskarsson 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.
Innviðauppbygging og viðhald í Sveitarfélaginu Árborg Álfheiður Eymarsdóttir,Sveinn Ægir Birgisson Skoðun
Skoðun Eru vísindin á dagskrá? Eiríkur Steingrímsson,Margrét Helga Ögmundsdóttir,Erna Magnúsdóttir skrifar
Skoðun Innviðauppbygging og viðhald í Sveitarfélaginu Árborg Álfheiður Eymarsdóttir,Sveinn Ægir Birgisson skrifar
Skoðun Jólin og börnin okkar: Að leggja áherslu á samveru frekar en gjafir Valgerður Bára Bárðardóttir skrifar
Skoðun Framtíðarsýn skóla og frístundastarfs í Lauganes- og Langholtshverfi Árelía Eydís Guðmundsdóttir skrifar
Skoðun Aðgengi og lífsgæði eldri borgara í stafrænni framtíð: Hvað getum við gert betur? Hildur María Friðriksdóttir skrifar
Innviðauppbygging og viðhald í Sveitarfélaginu Árborg Álfheiður Eymarsdóttir,Sveinn Ægir Birgisson Skoðun