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 Heilbrigðiskerfi Íslands - Látum verkin tala! Victor Guðmundsson Skoðun Minni sóun, meiri verðmæti Heiða Björg Hilmisdóttir Skoðun Tími formanns Afstöðu liðinn Ólafur Ágúst Hraundal Skoðun Ákall til allra velunnara Sólheima í Grímsnesi Ingibjörg Rósa Björnsdóttir Skoðun Hvar á ég heima? Aðgengi fólks með POTS að heilbrigðisþjónustu Hugrún Vignisdóttir Skoðun Dýrasti staður í heimi Ragnhildur Hólmgeirsdóttir Skoðun Grímulaus aðför að landsbyggðinni Sigurður Ingi Jóhannsson Skoðun Hróplegt óréttlæti í lífeyrismálum Finnbjörn A. Hermansson Skoðun „Við getum ekki": Þrjú orð sem svíkja börn á hverjum degi Hjördís Eva Þórðardóttir Skoðun Mennskan er fórnarlamb Menningarstríðsins! - Tilvist fólks er aldrei hugmyndafræði eða skoðun! Arna Magnea Danks Skoðun Skoðun Skoðun Lág laun og álag í starfsumhverfi valda skorti á fagfólki Laufey Elísabet Gissurardóttir,Steinunn Bergmann,Þóra Leósdóttir skrifar Skoðun Hvað veit Hafró um verndun hafsvæða? Kjartan Páll Sveinsson skrifar Skoðun Ógnar stjórnleysi á landamærunum íslensku samfélagi? Þorsteinn Siglaugsson skrifar Skoðun Grímulaus aðför að landsbyggðinni Sigurður Ingi Jóhannsson skrifar Skoðun Menningarstríð í borginni Hildur Björnsdóttir skrifar Skoðun Málfrelsið Birgir Orri Ásgrímsson skrifar Skoðun Austurland lykilhlekkur í varnarmálum Ragnar Sigurðsson skrifar Skoðun Áhyggjur af fyrirhugaðri sameiningu Hljóðbókasafns Íslands Snævar Ívarsson skrifar Skoðun Fjárfesting í færni Maj-Britt Hjördís Briem skrifar Skoðun Hvar á ég heima? Aðgengi fólks með POTS að heilbrigðisþjónustu Hugrún Vignisdóttir skrifar Skoðun Lærum af reynslunni Hlöðver Skúli Hákonarson skrifar Skoðun Hvítþvottur í skugga samstöðu – þegar lögreglan mótmælir því sem hún sjálf reynir að þagga niður Daníel Þór Bjarnason skrifar Skoðun „Við getum ekki": Þrjú orð sem svíkja börn á hverjum degi Hjördís Eva Þórðardóttir skrifar Skoðun Hróplegt óréttlæti í lífeyrismálum Finnbjörn A. Hermansson skrifar Skoðun Tími formanns Afstöðu liðinn Ólafur Ágúst Hraundal skrifar Skoðun Þögnin sem mótar umræðuna Snorri Ásmundsson skrifar Skoðun Minni sóun, meiri verðmæti Heiða Björg Hilmisdóttir skrifar Skoðun Yfirborðskennd tiltekt Guðrún Hafsteinsdóttir skrifar Skoðun Konukot Sigmar Guðmundsson skrifar Skoðun Hvers vegna ekki bókun 35? Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Íslendingar – rolluþjóð með framtíð í hampi Sigríður Ævarsdóttir skrifar Skoðun Við hvað erum við hrædd? Ingvi Hrafn Laxdal Victorsson skrifar Skoðun Höfuðborgin eftir fimmtíu ár, hvað erum við að tala um? Samúel Torfi Pétursson skrifar Skoðun Pólitískt ofbeldi, fasismi og tvískinnungur valdsins Davíð Aron Routley,Karl Héðinn Kristjánsson skrifar Skoðun Örugg heilbrigðisþjónusta fyrir öll börn frá upphafi - Alþjóðlegur dagur sjúklingaöryggis 2025 María Heimisdóttir skrifar Skoðun Einn pakki á dag Guðmundur Ingi Þóroddsson skrifar Skoðun Heilbrigðiskerfi Íslands - Látum verkin tala! Victor Guðmundsson skrifar Skoðun Hörmungarnar sem heimurinn hunsar Ragnar Schram skrifar Skoðun Dýrasti staður í heimi Ragnhildur Hólmgeirsdóttir skrifar Skoðun Grafið undan grunnstoð ríka samfélagsins Ragnar Þór Ingólfsson 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.
Mennskan er fórnarlamb Menningarstríðsins! - Tilvist fólks er aldrei hugmyndafræði eða skoðun! Arna Magnea Danks Skoðun
Skoðun Lág laun og álag í starfsumhverfi valda skorti á fagfólki Laufey Elísabet Gissurardóttir,Steinunn Bergmann,Þóra Leósdóttir skrifar
Skoðun Hvítþvottur í skugga samstöðu – þegar lögreglan mótmælir því sem hún sjálf reynir að þagga niður Daníel Þór Bjarnason skrifar
Skoðun Pólitískt ofbeldi, fasismi og tvískinnungur valdsins Davíð Aron Routley,Karl Héðinn Kristjánsson skrifar
Skoðun Örugg heilbrigðisþjónusta fyrir öll börn frá upphafi - Alþjóðlegur dagur sjúklingaöryggis 2025 María Heimisdóttir skrifar
Mennskan er fórnarlamb Menningarstríðsins! - Tilvist fólks er aldrei hugmyndafræði eða skoðun! Arna Magnea Danks Skoðun