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? Kynntu þér reglur ritstjórnar um skoðanagreinar. Senda grein Nýsköpun Nýsköpun og rannsóknir Stóriðja Umhverfismál Mest lesið Bílar eru frábærir, nema ef við þurfum öll að nota þá Birkir Ingibjartsson Skoðun Velmegun einstaklingsins - opinber auðlegð - markmið jafnaðarmanna Hörður Filippusson Skoðun Útborgun í íbúð eða leikskólapláss í Kópavogi? Jóna Þórey Pétursdóttir Skoðun Hver ber ábyrgð á stöðu Hafnarfjarðar? Karólína Helga Símonardóttir Skoðun Fortíðin er ekki aukaatriði, hún er viðvörun Anna Kristín Jensdóttir Skoðun Hildur fækkaði bílastæðum um 3000 Magnús Kjartansson Skoðun Þarf Icelandair að skipta um nafn? Jón Þór Þorvaldsson Skoðun Tækifærin sem liggja í höfn: Stóra innviðamálið sem gleymist í kosningabaráttunni Alexandra Jóhannesdóttir Skoðun Gangbrautarvörður sem vill leysa málin Margrét Rós Sigurjónsdóttir Skoðun Löng valdaseta bara vandamál fyrir suma Dóra Björt Guðjónsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Afþökkum barnaskatt Samfylkingarinnar í Kópavogi Andri Steinn Hilmarsson skrifar Skoðun Leikskóladvöl í Fjarðabyggð er lúxus Ásdís Helga Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Týndi hópurinn á húsnæðismarkaði – gullnu árin Ragnar Þór Reynisson skrifar Skoðun Fólkið fyrst í Hafnarfirði Ágúst Bjarni Garðarsson skrifar Skoðun Til fréttastofu RÚV um kynferðisofbeldi og pyntingar Ísraels Ingólfur Gíslason skrifar Skoðun Þessi fortíð lofar ekki góðu Þórir Garðarsson skrifar Skoðun Menning er undirstaða öflugs samfélags á Seltjarnarnesi Karen María Jónsdóttir skrifar Skoðun Viljum við tryggja sjálfstæði fatlaðs fólks? Þuríður Harpa Sigurðardóttir,Rúnar Björn Herrera Þorkelsson skrifar Skoðun Atkvæði er rödd Joanna Marcinkowska skrifar Skoðun Sterkt samfélag byggir á fjölbreyttu atvinnulífi Aðalbjörg Rún Ásgeirsdóttir skrifar Skoðun Breytir tæknin tilveru lesblindra? Samúel Karl Ólason skrifar Skoðun Af hverju ég býð mig fram fyrir Kópavog Svava Halldóra Friðgeirsdóttir skrifar Skoðun Græni tefillinn Sigrún Magnúsdóttir skrifar Skoðun Fyrir hvern er byggt? Trausti Örn Þórðarson skrifar Skoðun Ýtum undir sterkari tengsl í Hafnarfirði Svenný Kristins skrifar Skoðun Gott að eldast á Akureyri Hanna Dóra Markúsdóttir skrifar Skoðun Biðlisti eftir lífinu Rúnar Björn Herrera Þorkelsson skrifar Skoðun Hleypum þeim værukæru í kærkomið frí Bjarni Thor Kristinsson skrifar Skoðun Deilur magnast í Borgarbyggð um vindorkuver Júlíus Valsson skrifar Skoðun Börn úr símum – inn í samfélagið Tamar Klara Lipka Þormarsdóttir skrifar Skoðun Menning er skattstofn, ekki skraut Jón Bjarni Steinsson skrifar Skoðun Framsókn vill meiri virkni og vellíðan - Leikum okkur alla ævi Halldór Bachmann skrifar Skoðun Hundalífið í Kópavogi Sólveig Skaftadóttir skrifar Skoðun Töframáttur skapandi reikningsskila hjá meirihluta Framsóknar- og Sjálfstæðisflokks í Hafnarfirði Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar Skoðun Everything you need to know before Saturday Charlotte Ólöf Jónsdóttir Biering skrifar Skoðun Styrkjum íslenskukennslu fyrir börn og ungmenni Eva Rún Helgadóttir skrifar Skoðun Hestar í höfuðborginni Magnea Gná Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Okkar sameiginlegu verk Daði Már Kristófersson skrifar Skoðun Hvernig er að eldast í Reykjavík? Sara Björg Sigurðardóttir skrifar Skoðun Ríða, drepa, giftast Arna Sif Ásgeirsdóttir 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.
Tækifærin sem liggja í höfn: Stóra innviðamálið sem gleymist í kosningabaráttunni Alexandra Jóhannesdóttir Skoðun
Skoðun Viljum við tryggja sjálfstæði fatlaðs fólks? Þuríður Harpa Sigurðardóttir,Rúnar Björn Herrera Þorkelsson skrifar
Skoðun Töframáttur skapandi reikningsskila hjá meirihluta Framsóknar- og Sjálfstæðisflokks í Hafnarfirði Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar
Tækifærin sem liggja í höfn: Stóra innviðamálið sem gleymist í kosningabaráttunni Alexandra Jóhannesdóttir Skoðun