Sākums > Pētniecība un izglītība > Projektu stāsti > Alumīnija pārstrāde zaļās enerģijas ražošanai 

Alumīnija pārstrāde zaļās enerģijas ražošanai 

AliCE-WHy – pieredzes stāsts 

Projekta ideja 

AliCE-Why projekta galvenā ideja ir risināt alumīnija (Al) pārstrādi tīras enerģijas ražošanai. Alumīnija pieprasījums arvien pieaug, kā arī enerģijas ražošana, taču pārstrādes iespējas ir salīdzinoši nelielas – īpaši mazās valstīs vai attālos reģionos. Turklāt pašreizējo Al atkritumu transportēšanai ir nepieciešamas papildu izmaksas, un tas nerada darba vietas un ieņēmumus par neizmantotajiem resursiem, kas tiek eksportēti. Tādējādi būtu jāizstrādā vietējs ciklisks pārstrādes process. Šī projekta galvenais mērķis ir attīstīt Al atkritumu enerģijas ražošanas tehnoloģiju un prototipu, ražojot ūdeņradi un tālāk pārstrādājot blakusproduktu Al hidroksīdu.  

Projekta shēma ir redzama 1.attēlā, kur, savienojot alumīniju un ūdeni (mūsu gadījumā ar nātrija hidroksīda pievienošanu) izdalās ūdeņradis un pāri paliek alumīnija hidroksīds. Kā viena no aktivitāti palielinošām apstrādes metodēm tika veikta paraugu (Al atkritumi) plazmas apstrāde, kas izmainīja to, cik ātri notiek reakcijas un līdz ar to dod iespēju variēt ar ūdeņraža ražošanas ātrumu. 

Projekta aktivitātes 

Projekta ietvaros tika veikta gan izejmateriālu izpēte, gan reakcijas procesa izmeklēšana, kā arī gala produktu analīze. Tas iekļāva alumīnija atkritumu izpēti, kur no tiem tika izvēlēts materiāls (kā redzams 2.attēlā) un veikti eksperimenti uz ūdeņraža izdalīšanos. Tālāk tika novērtēts dažādo pieejamo Alumīnija atkritumu izmantošanas iespēja. Piemēram redzamās (2.attēlā) skaidas un to elementu sastāvs, reakcijā ar ūdeni veido alumīnija hidroksīdu, kas redzams 2c.attēlā. 

Veiktie eksperimenti ļāva gan izprast procesu un reakciju kinētiku (ātrumu) pie dažādiem elektrolītiem un temperatūrām, gan labāk raksturot izvēlētā procesa izmantojamību materiālu pārstrādē un tālākā izmantošanā.  

Galvenie projekta rezultāti ir divas publikācijas par procesa (https://www.mdpi.com/2400516) un materiālu izpēti (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319923046323), sadarbības veicināšana, tai skaitā ar alumīnija industrijas pārstāvi Alcoa, kā arī prototipa izveidošana veiksmīgai alumīnija atkritumu pārstrādei zaļā ūdeņraža ražošanai (redzams 4.attēlā) ar lietderīgu materiālu, ko iespējams izmantot alumīnija pārstrādes industrijā. 

Laboratorijas ietvaros eksperimenti veikti ar mazāku iekārtu, kā redzama 3.attēlā. Lietojot šo iekārtu iespējams precīzi mērīt izdalītā ūdeņraža daudzumu atkarībā no eksperiemntāliem parametriem, kā piemēram, noteikt izdalītā ūdeņraža daudzumu dažādas koncentrācijas elektrolītos kā redzams 3b.attēlā. 

Papildus ir veikta tehno-ekonomiskā analīze un salīdzināti līdzīgi procesi unprojekti citviet pasaulē, lai gan mūsu piedāvātais risinājums ir patiesi unikāls. Projekta noslēgumā ir paredzamas vēl publikācijas par dažādiem procesa un materiālu aspektiem.  

Projekta ieguvumi un sadarbības attīstība 

Viens no galvenajiem ieguvumiem šī projekta ietvaros , un arī visas programmas ietvaros, ir starptautiskā sadarbība, personāla un kompetenču attīstība. Ir gūtas daudz jaunas zināšanas gan tematiski pētījumu rezultātā, gan pastarpināti no tiešā kontakta konsorciju ietvaros. AliCE-WHy grupas ietvaros dalībnieki ir auguši un guvuši neaizvietojamas zināšanas alumīnija industrijā, ūdeņraža izmantošanā, pasaules ekonomikā un arī fundamentālo procesu izpētē.  

Projekta dalībnieki ir piedalījušies daudzās starptautiskās konferencēs, kā piemēru varētu minēt 2022. gada FM&NT-NIBS konferenci, kur visi konsorcija dalībnieki prezentēja mutiskos vai stenda referātus. Trīs piemēri no Latvijas komandas:  

1. Sika et al. “Reactor design investigation for Hydrogen production from Aluminium -Water reaction” par simulēta reaktora šķidruma plūsmu, lai testētu plānoto prototipu un optimizētu dizainu. Iegūtos rezultātus izmantoja efektīvākai reaktoru projektēšanai. 

2. Knoks et al. “Electrochemical Corrosion Behavior of Aluminum Foil – investigation of kitchen wastes”. Rakstā tika apskatīts korozijas raksturlielumi iepakojuma alumīnijam kā alternatīvai projektā izmantotajam materiālam. Izrādījās, ka temperatūras palielināšana kavē aktīvas korozijas procesu un radīja jaunus jautājumus par šķidruma parametru izmaiņu, kas tika pētīts vēlāk.  

3. Mezulis et al. “On the efficiency of hydrogen production from plasma-treated aluminum waste with NaOH and KOH promoters”. Raksta galvenie secinājumi bija saistīti ar pielietotā alumīnija priekšapstrāde ar ūdeņraža plazmu dod acīmredzamus rezultātus: pirmajā posmā ūdeņraža ražošanas efektivitāte palielinās līdz 10 reizēm, savukārt aktivācijas enerģija samazinās par 18%. 

Zinātnieki ir aktīvi piedalījušies projekta, programmas un iegūto rezultātu popularizēšanā dažāda veida semināros, sarunās, pasākumos un tikšanās ar ieinteresētām pusēm daudzās valstīs: sākot ar Baltijas valstīm līdz Kalifornijai ASV līdz Japānai. Visos gadījumos projekts un tā rezultāti izraisīja lielu interesi.  

Projekta ietvaros tika organizēti vairāki informatīvi pasākumi. Kā nozīmīgākos un redzamākos var minēt šādus: 

• Izgudrotāju izstādē MINOX un starptautiskajā zinātnieku naktī. MINOX AliCE-WHy prototips tika nobalsots par bronzas medaļu inovāciju jomā. 

• Projekts tika prezentēts plašākai sabiedrībai paredzētajā izstādē Klaipēdā “Bez atkritumiem” un ieguva labākās inovācijas balvu 
• Sociālo mediju ziņās, piemēram, Twitter , twitter, vai LinkedIn, kā arī iededzināta Ziemassvētku eglīte ar alumīnija atkritumiem. 
• Izveidota potenciāla sadarbība ar REVEAL projektu no Šveices (https://www.reveal-storage.eu/). 
• LEI Hydrogen Technology grupa īstenoja ūdeņraža enerģijas tehnoloģiju mācību programmu Lietuvas industrijas pārstāvjiem. Mācību laikā tika prezentētas arī projekta Alice-Why aktivitātes. 

Projekta ietvaros gūtie rezultāti 

Projekta komanda ir noskaidrojusi, ka patiesībā būvniecības alumīniju šobrīd nepārstrādā tik pat lielā apmērā kā iepakojuma (piemēram, dzērienu bundžiņas), kā tiek plaši izziņots. Piemēram, projekta ietvaros izvēlētie Al_waste 1 atkritumi nāk no alumīnija logu ražošanas, šāda tipa materiāls tiek pārstrādās līdz 20% , savukārt 80% veido jauns alumīnijs, ko vairs nevar saukt par patiesu aprites ekonomikas sastāvdaļu. Projekta ietvaros tika noskaidrots arī par daudz cita tipa Al atkritumiem, kas netiek pārstrādāti.  

Līdz ar to projekta zinātnieki izstrādājuši iespējamo risinājumu tādu atkritumu izmantošanai zaļās enerģijas ražošanai, kas attīstoties tehnoloģijai, varētu būt patiesi aprites ekonomikas un pilna cikla process.  

Turpmākie plāni iekļauj izstrādātās tehnoloģijas attīstību un tālāku procesu un materiālu izpēti. Konsorcijs ir apņēmības pils turpināt un paplašināt sadarbību, izveidotā komanda ir spēcīga ar plašu un detalizētu zināšanu klāstu, kas sekmēs turpmāku attīstību. Projekta noslēguma posmā tiek gatavots jauns pieteikums turpmākai izpētei ar plašāku konsorciju un lielākiem mērķiem. Projekta konsorcijs bija pieteicies uz EIT jaunu tehnoloģiju priekšizpēti, bet konsorcija plāni izrādījās vērienīgāki, kā šis uzsaukums paredzēja. 

No kreisās puses projekta dalībnieki Pēteris Lesničenoks (LU CFI) un Šarūnas Varnagiris (LEI) tika uzaicināti piedalīties Deep Tech Atelier panelī un dalīties ar viedokli un redzējumu par Ūdeņraža nākotni. 

Baltijas pētniecības programma tiek īstenota ar EEZ grantu atbalstu programmas “Pētniecība un izglītība” ietvaros, kuru ievieš Izglītības un zinātnes ministrija un Latvijas Zinātnes padome. Programmas kopējais finansējums ir 8 676 084 euro, no kuriem valsts budžeta līdzfinansējums ir 15% jeb 1 301 413 euro un EEZ līdzfinansējums ir 85% jeb 7 374 671 euro. Baltijas pētniecības programmā Latvijā tiek īstenoti 9 pētniecības projekti un 5 mazi sadarbības projekti. 

Baltijas Pētniecības programmas projektu “Alumīnija reciklēšana ūdeņraža iegūšanai – no atkritumiem caur ūdeņraža radītu enerģiju uz alumīnija oksīdu – AliCE-WHy” īsteno LU Cietvielu fizikas institūts (Latvija) sadarbībā ar Lietuvas Enerģētikas institūtu (Lietuva), Islandes Universitāti (Islande), Islandes Inovāciju centru IceTec (Islande).