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 Nýi Landspítalinn: klúður sem enginn þorir lengur að ræða Sigurður Sigurðsson Skoðun Kæra heilbrigðisráðherra, Alma Möller Arnar Helgi Lárusson Skoðun Ríkisborgararéttur – sömu reglur eiga að gilda fyrir alla Katrín Haukdal Magnúsdóttir Skoðun Maðurinn sem ég kynntist í löggunni Þuríður B. Ægisdóttir Skoðun Ef þetta er ekki þrælahald – hvað er það þá? Ágústa Árnadóttir Skoðun Stúka við Kórinn mun skera niður framtíð HK í fótbolta! Ómar Stefánsson Skoðun 3,7 milljarða skattalækkun í Hafnarfirði Orri Björnsson Skoðun U-beygja framundan Eyjólfur Ármannsson Skoðun Flóttamannavegurinn er loksins fundinn Árni Rúnar Þorvaldsson Skoðun Breytum viðhorfi til veikindaréttar Bjarni Kristjánsson Skoðun Skoðun Skoðun Stúka við Kórinn mun skera niður framtíð HK í fótbolta! Ómar Stefánsson skrifar Skoðun Hlúum að hjarta skólans skrifar Skoðun Ef þetta er ekki þrælahald – hvað er það þá? Ágústa Árnadóttir skrifar Skoðun Af hverju þurfa börn að borga í strætó? Sanna Magdalena Mörtudóttir skrifar Skoðun Flóttamannavegurinn er loksins fundinn Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar Skoðun Ríkisborgararéttur – sömu reglur eiga að gilda fyrir alla Katrín Haukdal Magnúsdóttir skrifar Skoðun Hafnarfjörður fyrir fólk á öllum æviskeiðum Helga Björg Loftsdóttir skrifar Skoðun 3,7 milljarða skattalækkun í Hafnarfirði Orri Björnsson skrifar Skoðun Nokkur orð um rekstrarkostnað Arnar Már Jóhannesson,Ásgerður Ágústsdóttir skrifar Skoðun ESB er (enn) ekki varnarbandalag Hallgrímur Oddsson skrifar Skoðun Ekkert styður fullyrðingar um lélegan árangur af Byrjendalæsi Guðmundur Engilbertsson,Gunnar Gíslason,Jenný Gunnbjörnsdóttir,Ragnheiður Lilja Bjarnadóttir,Rannveig Oddsdóttir,Rúnar Sigþórsson skrifar Skoðun Suðurlandsbraut á skilið umhverfismat Þórir Garðarsson skrifar Skoðun Loforðin ein vinna ekki á verðbólgunni Ólafur Adolfsson skrifar Skoðun Ástæða góðs árangurs í handbolta Lárus Bl. Sigurðsson skrifar Skoðun Skaðlegt stafrænt umhverfi barna Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun U-beygja framundan Eyjólfur Ármannsson skrifar Skoðun Ríkisstjórnin ræður ekki við verkefnið Guðrún Hafsteinsdóttir skrifar Skoðun Kæra heilbrigðisráðherra, Alma Möller Arnar Helgi Lárusson skrifar Skoðun Súkkulaðisnúðurinn segir sannleikann Björn Ólafsson skrifar Skoðun Samtalið er hafið – farsældarráðin eru lykillinn Arna Ír Gunnarsdóttir,Bára Daðadóttir,Erna Lea Bergsteinsdóttir,Hanna Borg Jónsdóttir,Hjördís Eva Þórðardóttir,Nína Hrönn Gunnarsdóttir,Sara Björk Þorsteinsdóttir,Þorleifur Kr. Níelsson skrifar Skoðun Setjum ekki skátastarf á varamannabekkinn Óskar Eiríksson skrifar Skoðun Björg fyrir Reykvíkinga Þorbjörg Helga Vigfúsdóttir,Þórey Vilhjálmsdóttir skrifar Skoðun Enn má Daði leiðrétta Benedikt S. Benediktsson skrifar Skoðun Ég sá Jesú í fréttunum Daníel Ágúst Gautason skrifar Skoðun Ógnarstjórn talmafíunnar Vigdís Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Andstæðingar dýrahalds og hagnaðardrifið dýraverndarstarf Hallgerður Ljósynja Hauksdóttir skrifar Skoðun Leiðtogi með reynslu, kjark og mannlega nálgun Kristín María Birgisdóttir skrifar Skoðun Hundrað–múrinn rofinn! Anna Björg Jónsdóttir skrifar Skoðun Hvert stefnum við? Jasmina Vajzović skrifar Skoðun Hrunamannahreppur 5 - Kópavogur 0 Gunnar Gylfason 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.
Skoðun Ríkisborgararéttur – sömu reglur eiga að gilda fyrir alla Katrín Haukdal Magnúsdóttir skrifar
Skoðun Ekkert styður fullyrðingar um lélegan árangur af Byrjendalæsi Guðmundur Engilbertsson,Gunnar Gíslason,Jenný Gunnbjörnsdóttir,Ragnheiður Lilja Bjarnadóttir,Rannveig Oddsdóttir,Rúnar Sigþórsson skrifar
Skoðun Samtalið er hafið – farsældarráðin eru lykillinn Arna Ír Gunnarsdóttir,Bára Daðadóttir,Erna Lea Bergsteinsdóttir,Hanna Borg Jónsdóttir,Hjördís Eva Þórðardóttir,Nína Hrönn Gunnarsdóttir,Sara Björk Þorsteinsdóttir,Þorleifur Kr. Níelsson skrifar
Skoðun Andstæðingar dýrahalds og hagnaðardrifið dýraverndarstarf Hallgerður Ljósynja Hauksdóttir skrifar