Meistaravörn: Munu álver framtíðarinnar losa súrefni í stað koldíoxíðs?

Caroline Medino ásamt leiðbeinanda sínum Guðmundi Gunnarssyni.

Á Íslandi, þar sem endurnýjanleg orka er notuð til álframleiðslu, er eini möguleikinn til að minnka losun gróðurhúsalofttegunda frá álverum umtalsvert, að skipta kolarafskautum út fyrir rafskaut sem brenna ekki, svonefnd eðalrafskaut. Takist það myndu álverin gefa frá sér súrefni í stað koldíoxíðs og gróðurhúsaáhrif frá þeim verða hverfandi. 

Í meistaraverkefni sínu við Íslenska orkuháskólann í Háskólanum í Reykjavík, rannsakaði Caroline Medino hvaða þættir hefðu mest áhrif á straumnýtni slíkra eðalrafskauta. Verkefnið er liður í rannsóknum og þróun á tækninni á vegum íslenska nýsköpunarfyrirtækisins Arctus Metals ehf. sem hefur undanfarin ár unnið með Nýsköpunarmiðstöð Íslands að þróun umhverfis- og orkuvænnar álframleiðslu með stuðningi Tækniþróunasjóðs. Þróunin hefur gengið vel og ál hefur verið framleitt í tilraunakeri með þessari tækni. Frekari rannsókna og þróunar er þó þörf áður en hægt verður að nota eðalrafskaut í álverum og áfram þarf að skoða breytur sem geta bætt straumnýtni og endingartíma slíkra skauta.

Niðurstöður Caroline gefa til kynna að notkun eðalrafskauta sé raunhæf í álframleiðslu og að hönnun rafgreiningarkersins sé mikilvægasti einstaki þátturinn sem hafi áhrif á straumnýtnina. Caroline kannaði áhrif mismunandi breyta á straumnýtni í 800°C lághitaraflausn með lóðréttum eðalrafskautum. Áhrif eftirfarandi breyta voru athuguð; hönnun rafgreiningakers, samsetning rafskauta, fjarlægð milli skauta, samsetning raflausnar, straumþéttleiki, tími og hitastig raflausnar. Fjórtán tilraunir voru gerðar á rannsóknastofu með forskautum úr blöndu af kopar, nikkel og járni og og bakskauti úr títaníum díboríði (TiB₂) í raflausn sem gerð var úr blöndu af natríum, kalíum og álflúoríði (NaF, KF og AlF₃.) Hönnun rafgreiningarkersins reyndist vera mikilvægasta breytan og hafa mikil áhrif á straumnýtnina.

Hefðbundin álframleiðsla byggir á rafgreiningu súráls sem unnið er úr báxíti. Ferlið er orkufrekt og þarf um 13 – 14 MWst af raforku til framleiðslu á hverju tonni af áli. Við framleiðsluna eru notuð kolarafskaut sem leiðir til losunar á um 1,5 tonni af koldíoxíði (CO₂) á hvert tonn áls. Flest álver í heiminum í dag nota raforku frá orkuverum sem brenna jarðefnaeldsneyti og áliðnaðurinn í heild losar nú um 500 milljón tonn af koldíoxíð ígildum árlega, sem er um 1% af árlegri losun í heiminum. Innan við 20% af þessari losun kemur frá álframleiðslunni sjálfri.

Verkefnið var unnið í samstarfi Nýsköpunarmiðstöðvar, Háskólans í Reykjavík og Arctus ehf. undir leiðsögn Guðmundar Gunnarssonar NMÍ, Guðrúnar Sævarsdóttur HR og Halldórs Svavarssonar HR.

Um verkefnið á ensku á vef HR.