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 Sigurjón Þórðarson og sannleikurinn Sigurgeir B. Kristgeirsson Skoðun Barnamorðingjar eru velkomnir til Íslands Björn B. Björnsson Skoðun Stjórnsýsla Íslands er ekki „allt of lítil“, hún er „lítil og skilvirk“ Halldór Jörgen Olesen Skoðun Dómar sem eru ekkert annað en „one way ticket“ á Litla-Hrauni Davíð Bergmann Skoðun Er ekki kominn tími til að endurskoða áfengisgjaldið? Einar Bárðarson Skoðun Hver vill borða brauðið? Jón Óskar Hinriksson Skoðun Obb obb obb Bogi minn 698.500 kr. fyrir að breyta einum litlum flugmiða Kristján Logason Skoðun Hvernig lesum við skoðanagreinar? Hilmar Kristinsson Skoðun Af hverju hunsa Samfylkingin og Vinstrið umboðsmann barna? Þórður Halldórsson Skoðun Þegar dýravelferð víkur fyrir hagnaði Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Hvernig lesum við skoðanagreinar? Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Stjórnsýsla Íslands er ekki „allt of lítil“, hún er „lítil og skilvirk“ Halldór Jörgen Olesen skrifar Skoðun Vatnaskil í markaðssetningu Íslands Pétur Þ. Óskarsson skrifar Skoðun Af hverju hunsa Samfylkingin og Vinstrið umboðsmann barna? Þórður Halldórsson skrifar Skoðun Dómar sem eru ekkert annað en „one way ticket“ á Litla-Hrauni Davíð Bergmann skrifar Skoðun Spyrjum við áfram nýrra spurninga? Þorsteinn Siglaugsson skrifar Skoðun Sigurjón Þórðarson og sannleikurinn Sigurgeir B. Kristgeirsson skrifar Skoðun Er ekki kominn tími til að endurskoða áfengisgjaldið? Einar Bárðarson skrifar Skoðun Þegar dýravelferð víkur fyrir hagnaði Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Hver vill borða brauðið? Jón Óskar Hinriksson skrifar Skoðun Hvað varð um planið? Pétur Óskarsson skrifar Skoðun Íslensk stjórnvöld eiga að virða Árósasamninginn Árni Finnsson,Björg Eva Erlendsdóttir skrifar Skoðun Sami hræðsluáróðurinn: EES á Íslandi 1993 og ESB í Svíþjóð 1994 Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar Skoðun Mannréttindi þarf ekki að endurhugsa — þau þarf að virða Alma Ýr Ingólfsdóttir skrifar Skoðun Hvalveiðar sem vopn til að berjast gegn aðild að ESB Micah Garen skrifar Skoðun Beðið eftir aðgerð þar sem kvóti er búinn Dóra Lind Pálmarsdóttir skrifar Skoðun Vandinn talaður burt Kristján Hreinsson skrifar Skoðun Stór-Ísrael Hjálmtýr Heiðdal skrifar Skoðun Barnamorðingjar eru velkomnir til Íslands Björn B. Björnsson skrifar Skoðun Hvenær verða sjóðir mikilvægari en félagsmenn? Valerio Gargiulo skrifar Skoðun Obb obb obb Bogi minn 698.500 kr. fyrir að breyta einum litlum flugmiða Kristján Logason skrifar Skoðun Viljum við kvótavæða sjókvíaeldið? Gunnlaugur Stefánsson skrifar Skoðun ESB eða efnahagsmálin, hvað á að vera forgangsverkefni ríkisstjórnarinnar? Þórir Garðarsson skrifar Skoðun Sveitarfélög sem nýta gervigreind vel gætu umbreytt þjónustu sinni Gísli Rafn Ólafsson skrifar Skoðun Vertu velkomin, Eydís! Elís Hlynur Grétarsson,Ólöf Helga Jónsdóttir,Jón Kristinn Sverrisson skrifar Skoðun Verkin tala Þorbjörg S. Gunnlaugsdóttir skrifar Skoðun Brexit og Ísland - Hvað getum við lært – og hvert eigum við að stefna? Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Barnahús er sameiginlegt verkefni Paola Cardenas skrifar Skoðun Ríkisvaldið féll á lyfjaprófi Vilhjálmur H. Vilhjálmsson skrifar Skoðun Hvað fengu þau – og hvað gáfu þau eftir? Lærdómur frá löndum sem gengu í ESB Bjarndís Helena Mitchell 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.
Stjórnsýsla Íslands er ekki „allt of lítil“, hún er „lítil og skilvirk“ Halldór Jörgen Olesen Skoðun
Skoðun Stjórnsýsla Íslands er ekki „allt of lítil“, hún er „lítil og skilvirk“ Halldór Jörgen Olesen skrifar
Skoðun Íslensk stjórnvöld eiga að virða Árósasamninginn Árni Finnsson,Björg Eva Erlendsdóttir skrifar
Skoðun Sami hræðsluáróðurinn: EES á Íslandi 1993 og ESB í Svíþjóð 1994 Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar
Skoðun Obb obb obb Bogi minn 698.500 kr. fyrir að breyta einum litlum flugmiða Kristján Logason skrifar
Skoðun ESB eða efnahagsmálin, hvað á að vera forgangsverkefni ríkisstjórnarinnar? Þórir Garðarsson skrifar
Skoðun Sveitarfélög sem nýta gervigreind vel gætu umbreytt þjónustu sinni Gísli Rafn Ólafsson skrifar
Skoðun Vertu velkomin, Eydís! Elís Hlynur Grétarsson,Ólöf Helga Jónsdóttir,Jón Kristinn Sverrisson skrifar
Skoðun Brexit og Ísland - Hvað getum við lært – og hvert eigum við að stefna? Sigurður Sigurðsson skrifar
Skoðun Hvað fengu þau – og hvað gáfu þau eftir? Lærdómur frá löndum sem gengu í ESB Bjarndís Helena Mitchell skrifar
Stjórnsýsla Íslands er ekki „allt of lítil“, hún er „lítil og skilvirk“ Halldór Jörgen Olesen Skoðun