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 Halldór 10.05.2025 Halldór Flokkar sem telja almenning of vitlausan til að vita hvað sé sér fyrir bestu Þórður Snær Júlíusson Skoðun Þétting í þágu hverra? Sara Björg Sigurðardóttir Skoðun Úlfar sem forðast sól! Jóna Guðbjörg Árnadóttir Skoðun Hver á auðlindir Íslands? – Kallar á nýja og skýra löggjöf Einar G. Harðarson Skoðun Hann valdi sér nafnið Leó Bjarni Karlsson Skoðun Byggðalína eða Borgarlína Guðmundur Haukur Jakobsson Skoðun Hvenær er nóg nóg? Ása Berglind Hjálmarsdóttir Skoðun Til hvers þá að segja satt? Pólitískt baktjaldamakk og upplýsingafölsun í Suðurnesjabæ Ari Gylfason Skoðun Misskilin sjálfsmynd Finnur Thorlacius Eiríksson Skoðun Skoðun Skoðun Fátækt á Íslandi: Áskoranir, viðkvæmir hópar og leiðir til úrbóta Friðþjófur Helgi Karlsson skrifar Skoðun Verndum vörumerki í tónlist Eiríkur Sigurðsson skrifar Skoðun Hann valdi sér nafnið Leó Bjarni Karlsson skrifar Skoðun Misskilin sjálfsmynd Finnur Thorlacius Eiríksson skrifar Skoðun Hvenær er nóg nóg? Ása Berglind Hjálmarsdóttir skrifar Skoðun Byggðalína eða Borgarlína Guðmundur Haukur Jakobsson skrifar Skoðun Úlfar sem forðast sól! Jóna Guðbjörg Árnadóttir skrifar Skoðun Aldrei aftur Halla Hrund Logadóttir skrifar Skoðun Tala ekki um lokamarkmiðið Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Hver á auðlindir Íslands? – Kallar á nýja og skýra löggjöf Einar G. Harðarson skrifar Skoðun Þétting í þágu hverra? Sara Björg Sigurðardóttir skrifar Skoðun Flokkar sem telja almenning of vitlausan til að vita hvað sé sér fyrir bestu Þórður Snær Júlíusson skrifar Skoðun Til hvers þá að segja satt? Pólitískt baktjaldamakk og upplýsingafölsun í Suðurnesjabæ Ari Gylfason skrifar Skoðun POTS er ekki tískubylgja Hanna Birna Valdimarsdóttir,Hugrún Vignisdóttir skrifar Skoðun Er niðurstaðan einstök? Ársreikningur Hveragerðisbæjar 2024 Friðrik Sigurbjörnsson,Eyþór H. Ólafsson skrifar Skoðun Hvað er verið að leiðrétta? Ægir Örn Arnarson skrifar Skoðun Loftslagsaðgerðir eru forsenda velsældar til framtíðar – ekki valkostur: Svargrein við niðurstöðum rannsóknar sem kynnt var á Velsældarþingi í gær Laura Sólveig Lefort Scheefer skrifar Skoðun Afsökunarbeiðni til fyrri kynslóða – og þeirra sem erfa munu landið Arnar Þór Jónsson skrifar Skoðun 75 ár af evrópskri samheldni og samvinnu Clara Ganslandt skrifar Skoðun Sigurður Ingi í mikilli mótsögn við sjálfan sig! Magnús Guðmundsson skrifar Skoðun Vetrarvirkjanir Sigurður Ingi Friðleifsson skrifar Skoðun Yfirgnæfandi meirihluti vill þjóðaratkvæði Jón Steindór Valdimarsson skrifar Skoðun Smábátar eru framtíðin, segir David Attenborough Kjartan Sveinsson skrifar Skoðun Leiðrétting veiðigjalda mun skila sér í bættum innviðum Arna Lára Jónsdóttir skrifar Skoðun Hvað er verið að leiðrétta? Gabríel Ingimarsson,Sverrir Páll Einarsson,Alexander Hauksson,Ingvar Þóroddsson,María Ellen Steingrimsdóttir,Oddgeir Páll Georgsson,Ingunn Rós Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Efnahagslegur hagvöxtur þýðir ekki endilega samfélagslegur hagvöxtur Davíð Routley skrifar Skoðun Börn innan seilingar Árni Guðmundsson skrifar Skoðun Hallarekstur í Hafnarfirði Jón Ingi Hákonarson skrifar Skoðun Hvers konar Evrópuríki viljum við vera? Magnús Árni Skjöld Magnússon skrifar Skoðun Orðskrípið sem bjarga á veiðigjaldinu Ólafur Adolfsson 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.
Flokkar sem telja almenning of vitlausan til að vita hvað sé sér fyrir bestu Þórður Snær Júlíusson Skoðun
Til hvers þá að segja satt? Pólitískt baktjaldamakk og upplýsingafölsun í Suðurnesjabæ Ari Gylfason Skoðun
Skoðun Fátækt á Íslandi: Áskoranir, viðkvæmir hópar og leiðir til úrbóta Friðþjófur Helgi Karlsson skrifar
Skoðun Flokkar sem telja almenning of vitlausan til að vita hvað sé sér fyrir bestu Þórður Snær Júlíusson skrifar
Skoðun Til hvers þá að segja satt? Pólitískt baktjaldamakk og upplýsingafölsun í Suðurnesjabæ Ari Gylfason skrifar
Skoðun Er niðurstaðan einstök? Ársreikningur Hveragerðisbæjar 2024 Friðrik Sigurbjörnsson,Eyþór H. Ólafsson skrifar
Skoðun Loftslagsaðgerðir eru forsenda velsældar til framtíðar – ekki valkostur: Svargrein við niðurstöðum rannsóknar sem kynnt var á Velsældarþingi í gær Laura Sólveig Lefort Scheefer skrifar
Skoðun Afsökunarbeiðni til fyrri kynslóða – og þeirra sem erfa munu landið Arnar Þór Jónsson skrifar
Skoðun Hvað er verið að leiðrétta? Gabríel Ingimarsson,Sverrir Páll Einarsson,Alexander Hauksson,Ingvar Þóroddsson,María Ellen Steingrimsdóttir,Oddgeir Páll Georgsson,Ingunn Rós Kristjánsdóttir skrifar
Skoðun Efnahagslegur hagvöxtur þýðir ekki endilega samfélagslegur hagvöxtur Davíð Routley skrifar
Flokkar sem telja almenning of vitlausan til að vita hvað sé sér fyrir bestu Þórður Snær Júlíusson Skoðun
Til hvers þá að segja satt? Pólitískt baktjaldamakk og upplýsingafölsun í Suðurnesjabæ Ari Gylfason Skoðun