Ný tækni í þróun fyrir álver sem losar engan koltvísýring út í andrúmsloftið, bara súrefni

Alcoa og Rio Tinto hafa verið leiðandi á heimsvísu í þróun óvirkra rafskauta sem svo eru nefnd, og eru án kolefnis. Ef sú þróun gengur eftir þá mun rafgreining áls leysa úr læðingi súrefni en ekki CO₂ samkvæmt upplýsingum frá Samtökum álframleiðenda á Íslandi, SAMÁL. 

Stefnt er að því að hleypa af stokkunum þessari nýju tækni árið 2024 og miðar hún að því að hægt sé að innleiða hana í álverum sem þegar eru starfandi. 

Rafskaut án kola

Aðferðin byggir á notkun rafskauta úr málmblöndum og keramiki í stað kolefnisskauta við rafgreiningu á málmgrýtisdufti. Hráefnið báxsíð (bauxite) eða súrál, eins og það heitir á íslensku, er efnasamband áls og súrefnis sem jafnframt nefnist áloxíð. Það samanstendur af tveim álfrumeindum (Al) og þrem súrefnisfrumeindum (O). Súrál er hvítt, púðurkennt efni og aðalhráefnið í lokaframleiðlu á áli í álverum líkt og í Straumsvík.

Við rafgreiningu brenna kolefnisskautin og súrefnið í hefðbundunum álverum og mynda mikla losun á koltvísýringi út í andrúsmloftið. Með nýju tækninni skilst súrefnið frá álinu og engin kolefnisskaut eru til staðar sem geta brunnið. 

Helsti kosturinn við þessa nýju framleiðsluaðferð er því sá að enginn koltvísýringur myndast í framleiðsluferlinu, eingöngu ál og súrefni. 

Sem kunnugt er rekur Rio Tinto, álverið í Straumsvík og Alcoa á og rekur álver Alcoa Fjarðaáls á Reyðarfirði og þessi nýja tækni mun því væntanlega snerta beint stóriðjurekstur fyrirtækjanna á Íslandi. 

Stofnuðu Elysis 2018

Um þetta rafskautaverkefni var fyrirtækið ELYSIS stofnað af Alcoa og Rio Tinto í samstarfi við kanadísk stjórnvöld og Apple árið 2018. Stefnt er að því að hleypa þessari nýju tækni af stokkunum árið 2024 og miðar hún að því að hægt sé að innleiða hana í álverum sem þegar eru starfandi. Hafa fyrirtækin þegar lagt í þetta verkefni 188 milljónir Kanadadollara sem samsvarar rúmum 18,6 milljörðum íslenskra króna. 

Apple og kanadísk yfirvöld áhugasöm um þróunarvinnu Alcoa og Rio Tinto

Apple hefur þegar fengið afhent sýnishorn af áli frá Elysis þar sem engin losun var við rafgreininguna. Í  umhverfisskýrslu Apple sem kom út í sumar, segir að nýja MacBook Pro verði fyrsta tækið í heiminum, þar sem eingöngu verður notað ál sem framleitt er hjá Elysis. Lagði Apple 13 milljónir Kanadadollara (CAD) í þetta verkefni. Þá stefnir Apple að því að öll framleiðslukeðja fyrirtækisins verði orðin 100% kolefnishlutlaus árið 2030. 

Stjórnvöld í Kanada og yfirvöld í Quebec fylki hafa í gegnum samstarfsverkefnið „Investissement Quebec“ samþykkt að styðja við Elysis með fjárfestingu upp á 60 milljónir CAD. Kanadamenn sjá í þessu mikil tækifæri til að draga úr losun álvera þar í landi, en þau losa árlega um 7 milljónir tonna af gróðurhúsalofttegundum. Það jafnast á við útblástur frá 1,8 milljónum bifreiða.

Nauðsynlegt að draga úr kolefnislosun

Vincent Christ, forstjóri Elysis, sagði í viðtali í þættinum  Place Publique á úrvarpsstöðinni ICI Radio-Canada Première í september að það muni verða nauðsynlegt að draga úr kolefnislosun frá framleiðslukeðjunni. 

„Við sjáum að framleiðslufyrirtækin  t.d. í framleiðslu á bílum og símum, eru sífellt meira að ræða þau markmið að verða kolefnishlutlaus.“

Þróunarvinnu  Elysis er haldið áfram í þróunarstöð fyrirtækisins sem verið er að setja upp í Saguency þrátt fyrir heimsfaraldur COVID-19. 

„Þrátt fyrir faraldurinn og hrun á álmarkaði, er nauðsynlegt að hafa í huga að okkar starfsemi hefur ekki hægt á sér og við höldum fast við okkar verkefnaplan,“ sagði Vincent Christ.

Gera þurfti hlé á verkefni Elysis við rafskautaþróun í framleiðslumiðstöð Rio Tinto í Jonquière í Quebec fylki í Kanada 24. mars. Vinna hófst samt aftur í byrjun maí. Þar er um að ræða verkefni upp á 50 milljónir dollara. 

Unnið er að því að tryggja búnað sem til þarf frá Kanada, Svíþjóð, Frakklandi og Spáni. Áætlað er að rannsóknarmiðstöðin geti hafið að fullu starfsemi  nú um áramótin. Er það samkvæmt upphaflegri áætlun, en fram undan er uppsetning á búnaði og upphafsfasi tilrauna. Verið er að ráða og þjálfa 25 starfsmenn til verkefnisins. Vegna COVID-19 faraldursins vinnur um helmingur þeirra heima.

Samkvæmt orðum Vincent Christ í samtali við vefsíðu  Informe affaires, þá er ráðgert að rafskautin verði framleidd á Saguency – Lac-Saint-Jane svæðinu í Quebec þar sem bæði Alcoa og Rio Tinto, sem eru stærstu hluthafar í Elysis, eru með álverksmiðjur.

Framleiðslan eykst samfara lægri framleiðslukostnaði

Vincent Christ segir að þessi tækni eigi að mæta alþjóðlegri eftir-spurn eftir vörum með minna kolefnisspor. Það muni einnig draga úr framleiðslukostnaði álvera um leið og framleiðslugetan eykst.  

„Þegar tæknin verður markaðssett mun Elysis tryggja einkaleyfi á þeim efnum sem nauðsynleg eru til framleiðslu nýrrar kynslóðar rafskauta og bakskauta. Þau munu jafnframt hafa 30 sinnum lengri líftíma en þau skaut sem nú eru notuð,“ segir Vincent Christ.

Íslensk tilraun Nýsköpunarmiðstöðvar og Arctus metals ehf.

Stóriðja og rekstur álvera á Íslandi hafa mætt talsverðri andspyrnu á liðnum árum þrátt fyrir að tilvera þeirra sé lykillinn að uppbyggingu þess öfluga raforkukerfis sem Íslendingar státa sig mjög af í dag. Helsti ágreiningurinn lýtur að loftmengun frá stóriðjunni og röskun náttúru vegna byggingar orkuvera. Það var því mjög áhugavert að Nýsköpunarmiðstöð Íslands, sem nú er reyndar verið að leggja niður, og Arctus Metals ehf. kynntu tilraunir með framleiðslu áls án loftmengunar á Íslandi með því sem kallað er „óvirk skaut“. Guðni Th. Jóhannesson, forseti Íslands, tók við fyrstu álstönginni sem þróuð er með þessari aðferð í sumar.

Þessi aðferð Nýsköpunarmiðstöð og Arctus byggir á því að notuð eru rafskaut úr málmblöndum og keramiki í stað kolefnisskauta. Þar sem forskautin taka ekki þátt í efnahvarfinu eru þau sögð vera óvirk. Enginn koltvísýringur myndast í framleiðsluferlinu, eingöngu ál og súrefni eins og í því ferli sem Alcoa, Rio Tinto eru að þróa í samvinnu við Apple.  

Ál hefur þegar verið framleitt á tilraunastofu Nýsköpunarmiðstöðvar Íslands með þessari nýju aðferð og þar með staðfest framleiðsluferilinn. Verkefnið hefur frá 2016 notið rannsóknarstyrks frá Tækniþróunarsjóði. 

Í því skyni að skala upp verkefnið svo það henti fyrir framleiðsluker í fullri stærð undirrituðu Arctus og Nýsköpunarmiðstöð samstarfssamning við eitt af stærstu álfyrirtækjum Evrópu, Trimet Aluminium. Lýtur samningurinn að því að Trimnet keyri tilraunaker í fullri stærð í einu af álverum fyrirtækisins í Þýskalandi.

Til mikils að vinna við að draga úr losun á 1,6 milljónum tonna af CO₂

Til mikils er að vinna, því sem dæmi þá gefa íslensk álver frá sér um 1,6 milljónir tonna af koltvísýringi á ári, þrátt fyrir að raforkan sem notuð er til rafgreiningar á súráli sé endurnýjanleg og ekki framleidd með brennslu kola. Ef öll álverin okkar tækju upp þessa nýju tækni myndi það minnka losun koltvísýrings á Íslandi um 30%. Álver á stærð við Ísal í Straumsvík myndi með nýrri aðferð Arctus framleiða súrefni á borð við 500 ferkílómetra skóg, samkvæmt upplýsingum á vefsíðunni alklasinn.is.

Ísland með einstakt tækifæri

Ef það tekst að breyta álverum á Íslandi fyrir þessa nýju rafgreiningartækni, þá eru ekki mörg lönd, ef nokkurt, annað en Ísland sem gætu boðið upp á nær algjörlega græna álframleiðslu. Ekki einu sinni Norðmenn, þar sem þeir eru nú beintengdir við raforkunet Evrópu. Stærsti hluti af raforku fyrir málbræðslur í Evrópu er t.d. framleidd með kolum, olíu, gasi og kjarnorku. 

Álver Trimnet Aluminum í Essen í Þýskalandi. Arctus og Nýsköpunarmiðstöð gerðu samstarfssamning við Trimnet Aluminum, eitt af stærstu álfyrirtækjum Evrópu. Lýtur samningurinn að því að Trimnet keyri tilraunaker í fullri stærð í einu af álverum fyrirtækisins í Þýskalandi með tækni sem þróuð var á Íslandi. Mynd / Trimnet

Trimnet vaxandi fyrirtæki í ál- og bílaiðnaði

Trimnet Aluminuum SE, sem Arctus og Nýsköpunarmiðstöð sömdu við, er stórt, en samt kallað millistærðarfyrirtæki á þýska vísu með um 3.000 starfsmenn á átta starfsstöðvum og 6.000 manns í tengdum fyrirtækjum. Starfsemin fer fram í Essen, Gelsenkirchen, Hamburg, Harzgerode, Sömmerda, Voerde, Essen og í Berlín. 

Trimnet er með höfuðstöðvar í Essen en var stofnað í Düsseldorf árið 1985. Fyrirtækið keypti sig inn í áliðnaðinn 1993 með kaupum á endurvinnslufyrirtækinu Aluminium und die Aluminium Recycling AG og úr varð fyrirtækið Aluminium Recycling GmbH. Árið 1994 keypti Trimnet álverksmiðju AluSuisse í Essen í Þýskalandi. Árið 2001 voru síðan keypt málmsteypufyrirtæki í Harzgerode  og Sömmerda sem tengdi félagið inn í bílaiðnaðinn. Þá var málmendurvinnslan í Harzgerode  aukin í 40.000 tonn á ári. 

Trimnet endurræsti rafgreiningarverksmiðju álvers í Hamborg á árunum 2006-2007, en þar var framleiðslugetan 130.000 tonn. Fyrirtækið keypti auk þess álver í Saint-Jean-de-Maurienne og Castelsarrasin í Frakklandi af Rio Tinto Alcan árið 2013. Síðan keypti Trimnet álver Voerdal Aluminium GmbH í Þýskalandi árið 2014. Þar er framleiðslugetan 90.000 tonna á ári. Þá rann bíladeild Trimnet inn í sameiginlegt fyrirtæki Bohai Automotive Systems Co., Ltd. og úr því varð til BOHAI TRIMET Automotive.

Viljayfirlýsing stóriðjuvera um niðurdælingu í jörðu á koltvísýringi

Fyrir utan tilraunir sem nú eru gerðar með nýjar aðferðir við bræðslu á súráli, þá hafa álverin á Íslandi markvisst verið að leita leiða til að hreinsa koltvísýring úr afgasi verksmiðjanna. Þannig skrifuðu álver og aðrar stórar málmbræðslur á Íslandi undir viljayfirlýsingu í ráðherrabústaðnum 18. júní á þessu ári ásamt forsætisráðherra, iðnaðarráðherra og umhverfis-ráðherra, um að taka þátt í þróun verkefnis um niðurdælingu kolefnis eða gas í grjót sem tilraunir hafa verið gerðar með við Hellisheiðarvirkjun. Markmiðið er að rannsaka hvort það geti verið raunhæfur kostur í álframleiðslu og kísilframleiðslu að dæla niður því sem losnar við álframleiðsluna með svipuðum hætti og þar er gert með aðferð sem kölluð er „CarbFix“. 

Katrín Jakobsdóttir forsætisráðherra, Guðmundur Ingi Guðbrandsson umhverfis- og auðlindaráðherra, Þórdís Kolbrún Reykfjörð Gylfadóttir ferðamála-, iðnaðar- og nýsköpunarráðherra, Lilja Dögg Alfreðsdóttir mennta- og menningarmálaráðherra, og forstjórar/fulltrúar Orkuveitu Reykjavíkur, Elkem, Fjarðaáls, Rio Tinto á Íslandi og Norðuráls undirrituðu í sumar viljayfirlýsingu um kolefnishreinsun og -bindingu.

CarbFix“ aðferð Orkuveitu Reykjavíkur

Orkuveita Reykjavíkur hefur þróað „CarbFix“ aðferðina í samstarfi við Háskóla Íslands og erlenda aðila frá árinu 2007. Aðferðin felst í því að CO₂ er fangað úr jarðhitagufu, gasið leyst upp í vatni undir þrýstingi og vatninu dælt niður á 500-800 m dýpi í basaltjarðlög, þar sem CO2 binst varanlega í berggrunninum í formi steinda. Orka náttúrunnar, dótturfélag OR, hefur nú rekið lofthreinsistöð og niðurdælingu við Hellisheiðarvirkjun samfellt í 5 ár með góðum árangri.

Undir þessa viljayfirlýsingu rituðu Katrín Jakobsdóttir forsætisráðherra, Guðmundur Ingi Guðbrandsson umhverfis- og auðlindaráðherra, Þórdís Kolbrún Reykfjörð Gylfadóttir ferðamála-, iðnaðar- og nýsköpunarráðherra, Lilja Dögg Alfreðsdóttir mennta- og menningarmálaráðherra og forstjórar og fulltrúar Orkuveitu Reykjavíkur, Elkem, Fjarðaáls, Rio Tinto á Íslandi og Norðuráls. Jafnframt stóð þá til að fulltrúar PCC á Bakka undirrituðu yfirlýsinguna síðar.

Ef öll áform álrisanna ganga eftir þá virðist afar bjart yfir stóriðju á Íslandi með tilliti til loftslagsmála.   Mætti kannski fara að líkja þeim við heilsulindir ef menn horfa framhjá því hvernig hráefnið til framleiðslunnar, báxíð sem nefnt hefur verið súrál á íslensku, er unnið í námum í Ástralíu og víðar um heim. Sú vinnsla þykir ekki sérlega umhverfisvæn.

Spurningin verður þá kannski líka hvað Íslendingar fái þá fyrir sinn snúð í kolefnishagkerfinu þegar álverin hér fara að dæla súrefni út í andrúmsloftið í stórum stíl í stað koltvísýrings.