Odpad z těžby hliníku může být zdrojem zelené oceli

Řadu problémů způsobují i ​​minerály, které tvoří základ moderní společnosti. Oddělování kovů, které chceme, od ostatních kovů je často energeticky náročné a může zanechat velké množství toxického odpadu. Získání v čisté formě může často vyžadovat druhý a významný energetický vstup, což zvyšuje související emise uhlíku.

Tým výzkumníků z Německa nyní přišel na to, jak se vypořádat s některými z těchto problémů pro konkrétní třídu těžebního odpadu vznikajícího při výrobě hliníku. Jejich metoda spoléhá na vodík a elektřinu, které lze získat z obnovitelné energie a extrakcí železa a případně dalších kovů z odpadu. To, co zůstane, může být stále toxické, ale není škodlivé pro životní prostředí.

Vypadni z bahna

Prvním krokem při výrobě hliníku je izolace oxidu hlinitého od ostatních materiálů v rudě. To zanechává látku známou jako červená hlína; Odhaduje se, že se ročně vyrobí přibližně 200 milionů tun. Zatímco červená barva pochází z přítomných oxidů železa, obsahuje mnoho dalších látek, z nichž některé mohou být toxické. Proces izolace oxidu hlinitého zanechává materiálu velmi zásadité pH.

Všechny tyto vlastnosti znamenají, že červená hlína se obecně nemůže (nebo by alespoň neměla) vrátit do životního prostředí. Obvykle se chová v zadržovacích nádržích, o kterých se celosvětově odhaduje, že obsahují 4 miliardy tun červeného jílu, a několik zadržovacích nádrží v průběhu let explodovalo.

Oxidy železa mohou na některých místech představovat více než polovinu hmotnosti červeného jílu, což z něj činí dobrý zdroj železa. Tradiční metody zpracovávaly železné rudy jejich reakcí s uhlíkem za uvolňování oxidu uhličitého. Objevily se však snahy o rozvoj výroby „zelené oceli“, ve které je tento krok nahrazen reakcí s vodíkem, přičemž primárním vedlejším produktem je voda. Vzhledem k tomu, že vodík lze vyrobit z vody pomocí obnovitelné elektřiny, má to potenciál eliminovat velkou část emisí uhlíku spojených s výrobou železa.

Německý tým se rozhodl vyzkoušet způsob výroby zelené oceli na červené hlíně. Zahřívali tam nějaké materiály Elektrická oblouková pec V atmosféře, která byla převážně argon (který s ničím nereaguje) a vodík (10 procent směsi).

Odčerpávání (vypouštění) železa

Reakce byla pozoruhodně rychlá. Během několika minut se ve směsi začaly objevovat uzlíky kovového železa. Výroba železa je z velké části dokončena asi za 10 minut. Železo bylo pozoruhodně čisté, přičemž asi 98 % hmotnosti materiálu v uzlinách bylo železo.

Zahájila proces s 15 gramovým vzorkem červené hlíny a poté jej snížila na 8,8 gramu, přičemž kyslíku v materiálu se uvolnilo tolik jako voda. (Stojí za zmínku, že tato voda může být recyklována zpět k výrobě vodíku, čímž se smyčka v tomto aspektu procesu uzavírá.) Z 8,8 gramů bylo asi 2,6 (30 procent) ve formě železa.

Výzkum zjistil, že se ve směsi vytvořily také malé kousky relativně čistého titanu. Proto je zde možnost využít toho k výrobě dalších kovů, i když proces pravděpodobně potřebuje zlepšit, aby se zvýšila produkce čehokoli jiného než železa.

Dobrou zprávou je, že po tom není moc červeného jílu, o který byste se měli starat. V závislosti na zdroji původní rudy obsahující hliník mohou některé z nich zahrnovat relativně vysoké koncentrace cenných materiálů, jako jsou kovy vzácných zemin. Nevýhodou je, že případné toxiny v původní surovině budou výrazně koncentrovanější.

Jako malé plus proces také neutralizuje pH zbývajícího zbytku. Takže je to alespoň o jednu starost méně.

Nevýhodou je, že proces je neuvěřitelně energeticky náročný, jak při výrobě potřebného vodíku, tak při provozu obloukové pece. Náklady na tuto energii činí věci ekonomicky obtížné. To je částečně kompenzováno nižšími náklady na zpracování, protože ruda již byla získána a má relativně vysokou čistotu.

Ale hlavním rysem toho jsou extrémně nízké emise uhlíku. V současné době tyto produkty ve většině zemí nemají žádnou cenu, což značně ztěžuje ekonomiku tohoto procesu.

Příroda, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06901-z (O digitálních ID).