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 Furðuleg meðvirkni með fúskurum Jón Kaldal Skoðun Hæfniviðmið eða tölulegar einkunnir, hvað segir okkur meira um nám? Bryngeir Valdimarsson Skoðun Gætum eggja og forðumst náttúruleysi! Pétur Heimisson Skoðun Þegar viska breytist í vopn Þórdís Hólm Filipsdóttir Skoðun Lesblinda og skólahald á Norðurlöndunum Snævar Ívarsson Skoðun Grafið undan grunnstoð samfélagsins Skoðun Fjölbreytt líf í sjónum Sæunn Júlía Sigurjónsdóttir,Jóhanna Malen Skúladóttir,Laura Sólveig Lefort Scheefer Skoðun Hraðara regluverk fyrir ómissandi innviði! Sólrún Kristjánsdóttir Skoðun Heimspeki og hugmyndaheimur Kína Jón Sigurgeirsson Skoðun Þingmálaskrá og fjárlagafrumvarp 2026: „Tiltekt“ á kostnað lífskjara Svandís Svavarsdóttir,Guðmundur Ingi Guðbrandsson Skoðun Skoðun Skoðun Við elskum pizzur Herdís Magna Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Grafið undan grunnstoð samfélagsins skrifar Skoðun Fjölbreytt líf í sjónum Sæunn Júlía Sigurjónsdóttir,Jóhanna Malen Skúladóttir,Laura Sólveig Lefort Scheefer skrifar Skoðun Hæfniviðmið eða tölulegar einkunnir, hvað segir okkur meira um nám? Bryngeir Valdimarsson skrifar Skoðun Gætum eggja og forðumst náttúruleysi! Pétur Heimisson skrifar Skoðun Hraðara regluverk fyrir ómissandi innviði! Sólrún Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Lesblinda og skólahald á Norðurlöndunum Snævar Ívarsson skrifar Skoðun Heimspeki og hugmyndaheimur Kína Jón Sigurgeirsson skrifar Skoðun Furðuleg meðvirkni með fúskurum Jón Kaldal skrifar Skoðun Þegar viska breytist í vopn Þórdís Hólm Filipsdóttir skrifar Skoðun Þingmálaskrá og fjárlagafrumvarp 2026: „Tiltekt“ á kostnað lífskjara Svandís Svavarsdóttir,Guðmundur Ingi Guðbrandsson skrifar Skoðun Verndum líffræðilega fjölbreytni í hafi! Laura Sólveig Lefort Scheefer,Valgerður Árnadóttir,Þorgerður María Þorbjarnardóttir skrifar Skoðun Jafnréttisstofa í 25 ár: Er þetta ekki komið? Martha Lilja Olsen skrifar Skoðun Hvar er textinn? Sigurlín Margrét Sigurðardóttir skrifar Skoðun Berklar, Krakk og Rough Sleep Guðmundur Ingi Þóroddsson skrifar Skoðun Blóðugar afleiðingar lyga Hjörvar Sigurðsson skrifar Skoðun Hinsegin samfélagið á heimili í Hafnarfirði Valdimar Víðisson skrifar Skoðun Áhrif Vesturlanda og vöxtur Kína Jón Sigurgeirsson skrifar Skoðun Alvöru fjárlög fyrir venjulegt fólk Þórður Snær Júlíusson skrifar Skoðun Hafa börn frjálsan vilja? Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Dagur sjálfsvígsforvarna – tryggjum raunverulegt aðgengi að sálfræðimeðferð Pétur Maack Þorsteinsson skrifar Skoðun Hvers vegna halda Íslendingar með Dönum? Júlíus Valsson skrifar Skoðun Hvað varð um þinn minnsta bróður? Birna Gunnlaugsdóttir skrifar Skoðun Rétturinn til að verða bergnuminn Dofri Hermannsson skrifar Skoðun Þriðja leiðin í námsmati stuðlar að snemmtækri íhlutun Íris E. Gísladóttir skrifar Skoðun Alþjóðadagur sjálfsvígsforvarna Alma D. Möller skrifar Skoðun Hækkun skrásetningargjalds – Segjum sannleikann Eiríkur Kúld Viktorsson skrifar Skoðun Alþjóðlegur sjálfsvígsforvarnardagur – mikilvægi samtals og samkenndar Ellen Calmon skrifar Skoðun Hvaða módel ertu? Heiðdís Geirsdóttir skrifar Skoðun Tilgáta um brjálsemi þjóðarleiðtoga Gunnar Björgvinsson 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.
Fjölbreytt líf í sjónum Sæunn Júlía Sigurjónsdóttir,Jóhanna Malen Skúladóttir,Laura Sólveig Lefort Scheefer Skoðun
Þingmálaskrá og fjárlagafrumvarp 2026: „Tiltekt“ á kostnað lífskjara Svandís Svavarsdóttir,Guðmundur Ingi Guðbrandsson Skoðun
Skoðun Fjölbreytt líf í sjónum Sæunn Júlía Sigurjónsdóttir,Jóhanna Malen Skúladóttir,Laura Sólveig Lefort Scheefer skrifar
Skoðun Hæfniviðmið eða tölulegar einkunnir, hvað segir okkur meira um nám? Bryngeir Valdimarsson skrifar
Skoðun Þingmálaskrá og fjárlagafrumvarp 2026: „Tiltekt“ á kostnað lífskjara Svandís Svavarsdóttir,Guðmundur Ingi Guðbrandsson skrifar
Skoðun Verndum líffræðilega fjölbreytni í hafi! Laura Sólveig Lefort Scheefer,Valgerður Árnadóttir,Þorgerður María Þorbjarnardóttir skrifar
Skoðun Dagur sjálfsvígsforvarna – tryggjum raunverulegt aðgengi að sálfræðimeðferð Pétur Maack Þorsteinsson skrifar
Skoðun Alþjóðlegur sjálfsvígsforvarnardagur – mikilvægi samtals og samkenndar Ellen Calmon skrifar
Fjölbreytt líf í sjónum Sæunn Júlía Sigurjónsdóttir,Jóhanna Malen Skúladóttir,Laura Sólveig Lefort Scheefer Skoðun
Þingmálaskrá og fjárlagafrumvarp 2026: „Tiltekt“ á kostnað lífskjara Svandís Svavarsdóttir,Guðmundur Ingi Guðbrandsson Skoðun