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 Ísland er að tapa hundruðum milljarða – eitrað framkvæmdakerfi lamar allt samfélagið Sigurður Sigurðsson Skoðun Lilja Dögg leiðtogi með tíma, fókus og tengsl við landið allt Jónína Brynjólfsdóttir,Hjálmar Bogi Hafliðason Skoðun Lærum nú einu sinni af reynslu annarra Guðmundur Ingi Þóroddsson Skoðun Svar við “Bréf til Láru” Lára G. Sigurðardóttir Skoðun Aumingja sölumaðurinn og vonda vísindafólkið Jónas Sen Skoðun Þegar sölumaður áfengis fræðir okkur um lýðheilsu Lára G. Sigurðardóttir Skoðun „Þessi helvítis ESB þráhyggja” Arnar Steinn Þórarinsson Skoðun Takk læknar! Siv Friðleifsdóttir Skoðun Úr hverju er þessi kona gerð? Silja Dögg Gunnarsdóttir Skoðun Orðræðu Viðskiptaráðs um loftslagsskatta snúið upp á loftslagsmál og raunveruleikann Bergur Einarsson Skoðun Skoðun Skoðun Lilja Dögg leiðtogi með tíma, fókus og tengsl við landið allt Jónína Brynjólfsdóttir,Hjálmar Bogi Hafliðason skrifar Skoðun Lærum nú einu sinni af reynslu annarra Guðmundur Ingi Þóroddsson skrifar Skoðun Orðræðu Viðskiptaráðs um loftslagsskatta snúið upp á loftslagsmál og raunveruleikann Bergur Einarsson skrifar Skoðun Svar við “Bréf til Láru” Lára G. Sigurðardóttir skrifar Skoðun Strætó fyrir sum börn, ekki öll Karólína Helga Símonardóttir skrifar Skoðun Sjálfshólið, afsláttardagar og skuldasúpa! Svavar Guðmundsson skrifar Skoðun Aumingja sölumaðurinn og vonda vísindafólkið Jónas Sen skrifar Skoðun Ekkert um að semja? Pawel Bartoszek skrifar Skoðun Nú þarf ákvörðun, ekki afsakanir skrifar Skoðun Úr huglægu mati í mælanlega þróun Marinó G. Njálsson skrifar Skoðun Að byrgja brunninn er ódýrara Elín Anna Baldursdóttir skrifar Skoðun Af hverju þarf ríkið að selja mér vínið? Sveinn Rúnar Einarsson skrifar Skoðun Framsókn til framtíðar – Með Lilju í forystu Linda Hrönn Bakkmann Þórisdóttir skrifar Skoðun Seðlabankastjórar á villigötum… þurfa frí Örn Karlsson skrifar Skoðun Úr hverju er þessi kona gerð? Silja Dögg Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Ofbeldi MAST - Opið bréf til atvinnuvegaráðherra Árni Stefán Árnason skrifar Skoðun Íslenskt táknmál er hjartað sem alltaf slær Sigurlín Margrét Sigurðardóttir skrifar Skoðun Útgáfuáætlun námsgagna og aðgengi að stefnumótun Bogi Ragnarsson skrifar Skoðun 1-1-2 dagurinn Hjalti Sigurðsson skrifar Skoðun „Þessi helvítis ESB þráhyggja” Arnar Steinn Þórarinsson skrifar Skoðun Lækkum skatta á barnafjölskyldur Diljá Mist Einarsdóttir skrifar Skoðun Leiktjöldin Davíð Bergmann skrifar Skoðun Villigötur eru ekki alltaf merktar – svar við skoðun Bjarna Torfa Lárus Gunnarsson skrifar Skoðun 5% af alþingismanni Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Hætta að kjósa gegn sjálfum sér: Eldri borgarar eiga að standa með Flokki fólksins Gunnar Einarsson skrifar 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,Sigfús Aðalsteinsson skrifar Skoðun Takk læknar! Siv Friðleifsdóttir skrifar Skoðun Fjarðarheiðargöng: Öryggi, traust og framtíð Austurlands í húfi Guðný Lára Guðrúnardóttir 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.
Ísland er að tapa hundruðum milljarða – eitrað framkvæmdakerfi lamar allt samfélagið Sigurður Sigurðsson Skoðun
Lilja Dögg leiðtogi með tíma, fókus og tengsl við landið allt Jónína Brynjólfsdóttir,Hjálmar Bogi Hafliðason Skoðun
Orðræðu Viðskiptaráðs um loftslagsskatta snúið upp á loftslagsmál og raunveruleikann Bergur Einarsson Skoðun
Skoðun Lilja Dögg leiðtogi með tíma, fókus og tengsl við landið allt Jónína Brynjólfsdóttir,Hjálmar Bogi Hafliðason skrifar
Skoðun Orðræðu Viðskiptaráðs um loftslagsskatta snúið upp á loftslagsmál og raunveruleikann Bergur Einarsson skrifar
Skoðun Hætta að kjósa gegn sjálfum sér: Eldri borgarar eiga að standa með Flokki fólksins Gunnar Einarsson skrifar
Skoðun Leikskólamál í Reykjavík – staðreyndir og mögulegar lausnir Baldur Borgþórsson,Hlynur Áskelsson,Sigfús Aðalsteinsson skrifar
Skoðun Fjarðarheiðargöng: Öryggi, traust og framtíð Austurlands í húfi Guðný Lára Guðrúnardóttir skrifar
Ísland er að tapa hundruðum milljarða – eitrað framkvæmdakerfi lamar allt samfélagið Sigurður Sigurðsson Skoðun
Lilja Dögg leiðtogi með tíma, fókus og tengsl við landið allt Jónína Brynjólfsdóttir,Hjálmar Bogi Hafliðason Skoðun
Orðræðu Viðskiptaráðs um loftslagsskatta snúið upp á loftslagsmál og raunveruleikann Bergur Einarsson Skoðun