Ny prosess for aluminiumproduksjon uten CO₂-utslipp

Prosjektets målsetning er å utvikle en alternativ prosess for produksjon av aluminium fra aluminiumoksid som vil kunne gi lavere CO₂-utslipp enn dagens veletablerte elektrolyseprosess (Hall-Heroultprosessen). I Norge slippes det ut over to millioner tonn CO₂ pr år fra elektrolyseverkene. Globalt er det snakk om over hundre millioner tonn. CO₂ som slippes ut skyldes reaksjon mellom aluminiumoksid og karbonanoder. Under elektrolyseprosessen tilsettes aluminiumoksid som spaltes til flytende aluminium metall på katoden og CO₂ på anoden.

I den alternative prosessen vil aluminiumoksidet først konverteres til vannfri aluminiumklorid, AlCl3, som deretter elektrolyseres. I denne elektrolyseprosessen spaltes aluminiumklorid til flytende metall på katoden og klorgass på anoden. Selve elektrolyseprosessen foregår dermed uten CO₂-utslipp. Men vannfri aluminiumklorid finnes ikke naturlig og må lages som en integrert del av prosessen. I stor skala er eneste utprøvde metode såkalt karboklorering av aluminiumoksid ved rundt 700°C: Al2O3(s) + 1.5C(s) + 3Cl2(g) = 2AlCl3(g) + 1.5CO₂(g). Klor til denne reaksjonen vil komme fra elektrolysen av AlCl3. Selv om det ikke dannes CO₂ i selve elektrolyseprosessen vil det altså dannes CO₂ under karbokloreringen. Men denne CO₂ kan fanges opp langt lettere enn den fra dagens elektrolyseprosess siden den er bortimot konsentrert. Det er også mulig å resirkulere den i denne prosessen.

Det er kjent at man kan bruke CO-gass istedenfor karbon for produksjon av AlCl3. CO₂ fra karbokloreringen kan altså konverters til CO og således resirkuleres. Konvertering av CO₂ til CO kan for eksempel skje ved hjelp av hydrogen eller elektrolyse. Alternativt kan CO lages fra naturgass med hydrogen som biprodukt. Da må CO₂ fra produksjon av AlCl3 sendes til lagring (CCS). Et ytterligere alternativ er å bruke biomasse til å lage CO. Da vil produsert CO₂ kunne slippes ut klimanøytralt eller, hvis den lagres, gi netto fangst av CO₂. Alle disse alternative skal vurderes i prosjektet. I tillegg skal karboklorineringsprosessen studeres inngående og det skal utvikles en tekno-økonomisk modell for hele prosessen.

Den første fasen av prosjektet er nå avsluttet. Resultatene er tilstrekkelige positive til at Hydro ønsker å jobbe videre med prosessen. I denne fasen det funnet ut at en blanding av CO- og klorgass effektivt konvertere aluminiumoksid til vannfri aluminiumklorid. Det er også utviklet en detaljert beskrivelse av en fabrikk basert på den nye prosessen som er brukt som grunnlag for et tekno-økonomiske studium. Det viser at den nye prosessen har et kostnadsnivå som er sammenliknbart med dagens prosess. I den neste fasen vil de forskjellige prosesstrinnene utvikles videre eksperimentelt for å fremskaffe et teknisk underlag for betydelig oppskalering. Målet er at vi mot slutten av dette tiåret vil ha demonstrert prosessen i full industriell skala og at den er klar for ren kommersiell bruk.