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 Þegar sölumaður áfengis fræðir okkur um lýðheilsu Lára G. Sigurðardóttir Skoðun Þegar enginn lætur vita - ofbeiting laga og kerfisblinda Lára Herborg Ólafsdóttir Skoðun Næsti formaður Framsóknar Salvör Sól Jóhannsdóttir Skoðun Stöðluð meðalmennska og einkunnir án aðgreiningar Hlédís Maren Guðmundsdóttir Skoðun Takk læknar! Siv Friðleifsdóttir Skoðun Sveitarstjórnarkosningar 2026 – hvað gera Vinir Kópavogs? Ólafur Björnsson Skoðun Næsti formaður elsta stjórnmálaflokks Íslands – Framsóknarflokksins Þorvaldur Daníelsson Skoðun Bréf til Láru Elías Blöndal Guðjónsson Skoðun Takk fyrir traustið! Hörður Arnarson Skoðun Má bjóða þér meiri forræðishyggju, Lára? Elías Blöndal Guðjónsson Skoðun Skoðun Skoðun Þegar rétturinn og réttvísin horfa undan Vigfús Eysteinsson skrifar Skoðun Efnahagsleg ábyrgð er fjölskyldumál Sandra Sigurðardóttir skrifar Skoðun Leikskólamál í Reykjavík – staðreyndir og mögulegar lausnir Baldur Borgþórsson,Hlynur Áskelsson skrifar Skoðun Takk læknar! Siv Friðleifsdóttir skrifar Skoðun Fjarðarheiðargöng: Öryggi, traust og framtíð Austurlands í húfi Guðný Lára Guðrúnardóttir skrifar Skoðun Ísland er að tapa hundruðum milljarða – eitrað framkvæmdakerfi lamar allt samfélagið Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Stöðluð meðalmennska og einkunnir án aðgreiningar Hlédís Maren Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Sveitarstjórnarkosningar 2026 – hvað gera Vinir Kópavogs? Ólafur Björnsson skrifar Skoðun Bréf til Láru Elías Blöndal Guðjónsson skrifar Skoðun Heilbrigðiskerfi sem treystir á seiglu Sandra B. Franks skrifar Skoðun Er gervigreind verkfæri kommúnistans eða kapítalistans? Ásgeir Jónsson skrifar Skoðun Takk fyrir traustið! Hörður Arnarson skrifar Skoðun Laxeldisumræðan er lýðræðisumræða Gylfi Ólafsson skrifar Skoðun Endurvekjum hvata til fjárfestinga Hildur Eiríksdóttir skrifar Skoðun Næsti formaður elsta stjórnmálaflokks Íslands – Framsóknarflokksins Þorvaldur Daníelsson skrifar Skoðun Flott framtak Reykjavíkurráðs ungmenna Helgi Áss Grétarsson skrifar Skoðun Næsti formaður Framsóknar Salvör Sól Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Er smá Insta á skólatíma best? Ása Lind Finnbogadóttir skrifar Skoðun Þegar sölumaður áfengis fræðir okkur um lýðheilsu Lára G. Sigurðardóttir skrifar Skoðun Borgarlínuþrengingar Elías B. Elíasson,Ragnar Árnason,Þórarinn Hjaltason skrifar Skoðun Lagareldi til framtíðar – ábyrgur rammi fyrir atvinnulíf, umhverfi og samfélög Gerđur B. Sveinsdóttir,Sigríđur Júlía Brynleifsdóttir,Bragi Þór Thorodssen,Þorgeir Pálsson,Jóna Árný Þórđardóttir,Dagmar Ýr Stefánsdóttir,Jón Páll Hreinsson skrifar Skoðun Norska konungdæmið Ingibjörg Kristín Jónsdóttir skrifar Skoðun Vangaveltur um „fólkið sem hvarf“ Skírnir Garðarsson skrifar Skoðun Karlmenn sem ógna landi og þjóð Steinunn Ólína Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Að verða læs fyrir lífið Rúnar Sigþórsson skrifar Skoðun Grunnþjónusta fyrst og svo allt hitt……er flotgufa forgangsmál? Katrín Magnúsdóttir skrifar Skoðun Jafnrétti er ekki „aukaverkefni“ Arnar Gíslason,Joanna Marcinkowska,Sveinn Guðmundsson skrifar Skoðun Samgöngur þurfa jafnvægi, ekki skotgrafir Þórir Garðarsson skrifar Skoðun U-beygja í öldrunarþjónustu er ekki lausn Björn Bjarki Þorsteinsson skrifar Skoðun Hvenær er komið nóg? Vilhelm Jónsson 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.
Skoðun Leikskólamál í Reykjavík – staðreyndir og mögulegar lausnir Baldur Borgþórsson,Hlynur Áskelsson skrifar
Skoðun Fjarðarheiðargöng: Öryggi, traust og framtíð Austurlands í húfi Guðný Lára Guðrúnardóttir skrifar
Skoðun Ísland er að tapa hundruðum milljarða – eitrað framkvæmdakerfi lamar allt samfélagið Sigurður Sigurðsson skrifar
Skoðun Næsti formaður elsta stjórnmálaflokks Íslands – Framsóknarflokksins Þorvaldur Daníelsson skrifar
Skoðun Lagareldi til framtíðar – ábyrgur rammi fyrir atvinnulíf, umhverfi og samfélög Gerđur B. Sveinsdóttir,Sigríđur Júlía Brynleifsdóttir,Bragi Þór Thorodssen,Þorgeir Pálsson,Jóna Árný Þórđardóttir,Dagmar Ýr Stefánsdóttir,Jón Páll Hreinsson skrifar
Skoðun Jafnrétti er ekki „aukaverkefni“ Arnar Gíslason,Joanna Marcinkowska,Sveinn Guðmundsson skrifar