Τα απόβλητα εξόρυξης αλουμινίου μπορεί να είναι πηγή πράσινου χάλυβα

Τα ορυκτά που αποτελούν τη βάση της σύγχρονης κοινωνίας προκαλούν επίσης μια σειρά προβλημάτων. Ο διαχωρισμός των μετάλλων που θέλουμε από άλλα μέταλλα είναι συχνά ενεργοβόρος και μπορεί να αφήσει πίσω του μεγάλες ποσότητες τοξικών αποβλήτων. Η απόκτησή του σε καθαρή μορφή μπορεί συχνά να απαιτεί μια δεύτερη και σημαντική εισροή ενέργειας, η οποία αυξάνει τις σχετικές εκπομπές άνθρακα.

Μια ομάδα ερευνητών από τη Γερμανία έχει τώρα καταλάβει πώς να αντιμετωπίσει ορισμένα από αυτά τα ζητήματα για μια συγκεκριμένη κατηγορία αποβλήτων εξόρυξης που παράγονται κατά την παραγωγή αλουμινίου. Η μέθοδός τους βασίζεται στο υδρογόνο και την ηλεκτρική ενέργεια, τα οποία μπορούν να ληφθούν από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και εξόρυξη σιδήρου και πιθανώς άλλων μετάλλων από τα απόβλητα. Ό,τι απομένει μπορεί να είναι ακόμα τοξικό, αλλά δεν είναι επιβλαβές για το περιβάλλον.

Βγες από τη λάσπη

Το πρώτο βήμα στην παραγωγή αλουμινίου είναι η απομόνωση του οξειδίου του αλουμινίου από άλλα υλικά στο μετάλλευμα. Αυτό αφήνει πίσω μια ουσία γνωστή ως κόκκινη άργιλος. Υπολογίζεται ότι παράγονται περίπου 200 εκατομμύρια τόνοι ετησίως. Ενώ το κόκκινο χρώμα προέρχεται από τα οξείδια του σιδήρου που υπάρχουν, περιέχει πολλές άλλες ουσίες, μερικές από τις οποίες μπορεί να είναι τοξικές. Η διαδικασία απομόνωσης του οξειδίου του αλουμινίου αφήνει το υλικό με ένα πολύ βασικό pH.

Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά σημαίνουν ότι ο κόκκινος πηλός γενικά δεν μπορεί (ή τουλάχιστον δεν πρέπει) να επιστραφεί στο περιβάλλον. Γενικά φυλάσσεται σε λίμνες περιορισμού, οι οποίες υπολογίζεται παγκοσμίως ότι περιέχουν 4 δισεκατομμύρια τόνους κόκκινου πηλού, και αρκετές λίμνες συγκράτησης έχουν εκραγεί με τα χρόνια.

Τα οξείδια του σιδήρου μπορούν να αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το μισό βάρος του κόκκινου αργίλου σε ορισμένες τοποθεσίες, καθιστώντας τον μια καλή πηγή σιδήρου. Οι παραδοσιακές μέθοδοι επεξεργάζονταν τα μεταλλεύματα σιδήρου αντιδρώντας τα με άνθρακα, απελευθερώνοντας διοξείδιο του άνθρακα. Ωστόσο, έχουν γίνει προσπάθειες για την ανάπτυξη της παραγωγής «πράσινου χάλυβα» στην οποία αυτό το βήμα αντικαθίσταται από μια αντίδραση με υδρογόνο, αφήνοντας το νερό ως το κύριο υποπροϊόν. Δεδομένου ότι το υδρογόνο μπορεί να παραχθεί από νερό χρησιμοποιώντας ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια, αυτό έχει τη δυνατότητα να εξαλείψει μεγάλο μέρος των εκπομπών άνθρακα που σχετίζονται με την παραγωγή σιδήρου.

Η γερμανική ομάδα αποφάσισε να δοκιμάσει τη μέθοδο παραγωγής πράσινου χάλυβα σε κόκκινο πηλό. Ζέσταιναν κάποια υλικά μέσα Ηλεκτρικός φούρνος τόξου Κάτω από μια ατμόσφαιρα που ήταν κυρίως αργό (που δεν αντιδρά με τίποτα) και υδρογόνο (10 τοις εκατό του μείγματος).

Άντληση (έξω) σιδήρου

Η αντίδραση ήταν εντυπωσιακά γρήγορη. Μέσα σε λίγα λεπτά, άρχισαν να εμφανίζονται μεταλλικοί όζοι σιδήρου στο μείγμα. Η παραγωγή σιδήρου ολοκληρώνεται σε μεγάλο βαθμό σε περίπου 10 λεπτά. Ο σίδηρος ήταν εντυπωσιακά καθαρός, με περίπου 98 τοις εκατό κατά βάρος του υλικού στα οζίδια να είναι σίδηρος.

Ξεκινώντας με ένα δείγμα 15 γραμμαρίων κόκκινου πηλού, η διαδικασία μείωσε αυτό σε 8,8 γραμμάρια, όσο μεγάλο μέρος του οξυγόνου στο υλικό απελευθερώθηκε ως νερό. (Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτό το νερό μπορεί να ανακυκλωθεί ξανά για την παραγωγή υδρογόνου, κλείνοντας τον βρόχο σε αυτή την πτυχή της διαδικασίας.) Από τα 8,8 γραμμάρια, περίπου τα 2,6 (30 τοις εκατό) ήταν σε μορφή σιδήρου.

Η έρευνα διαπίστωσε ότι υπήρχαν επίσης μερικά μικρά κομμάτια σχετικά καθαρού τιτανίου που σχηματίστηκαν στο μείγμα. Ως εκ τούτου, υπάρχει μια ευκαιρία να χρησιμοποιηθεί αυτό για την παραγωγή πρόσθετων μετάλλων, αν και η διαδικασία πιθανότατα πρέπει να βελτιωθεί για να αυξηθεί η παραγωγή οτιδήποτε άλλο εκτός από σίδηρο.

Τα καλά νέα είναι ότι δεν υπάρχει πολύς κόκκινος πηλός για να ανησυχείτε μετά από αυτό. Ανάλογα με την πηγή του αρχικού μεταλλεύματος που περιέχει αλουμίνιο, μερικά από αυτά μπορεί να περιλαμβάνουν σχετικά υψηλές συγκεντρώσεις πολύτιμων υλικών, όπως μέταλλα σπάνιων γαιών. Το μειονέκτημα είναι ότι τυχόν τοξίνες στην αρχική πρώτη ύλη θα είναι σημαντικά πιο συγκεντρωμένες.

Ως ένα μικρό πλεονέκτημα, η διαδικασία εξουδετερώνει επίσης το pH του εναπομείναντος υπολείμματος. Έτσι, αυτό είναι τουλάχιστον ένα πράγμα λιγότερο που πρέπει να ανησυχείτε.

Το μειονέκτημα είναι ότι η διαδικασία είναι απίστευτα ενεργοβόρα, τόσο για την παραγωγή του απαιτούμενου υδρογόνου όσο και για τη λειτουργία του φούρνου τόξου. Το κόστος αυτής της ενέργειας κάνει τα πράγματα οικονομικά δύσκολα. Αυτό αντισταθμίζεται εν μέρει από το χαμηλότερο κόστος επεξεργασίας, καθώς το μετάλλευμα έχει ήδη ληφθεί και είναι σχετικά υψηλής καθαρότητας.

Αλλά το κύριο χαρακτηριστικό αυτού είναι οι εξαιρετικά χαμηλές εκπομπές άνθρακα. Επί του παρόντος, δεν υπάρχει τιμή για αυτά τα προϊόντα στις περισσότερες χώρες, καθιστώντας τα οικονομικά αυτής της διαδικασίας πολύ πιο δύσκολη.

Nature, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06901-z (Περί ψηφιακών ταυτοτήτων).