Los metales que forman la base de la sociedad moderna también causan varios problemas. Separar los metales que queremos de otros minerales tiende a consumir mucha energía y puede dejar grandes volúmenes de desechos tóxicos. Obtenerlos en forma pura a menudo puede requerir un segundo consumo de energía considerable, lo que aumenta las emisiones de carbono asociadas.
Un equipo de investigadores de Alemania ha descubierto cómo abordar algunos de estos problemas para una clase específica de residuos mineros creados durante la producción de aluminio. Su método se basa en hidrógeno y electricidad, que pueden provenir de energías renovables y extraer hierro y potencialmente otros metales de los desechos. Lo que queda puede seguir siendo tóxico, pero no es tan dañino para el medio ambiente.
Fuera del barro
El primer paso en la producción de aluminio es el aislamiento del óxido de aluminio de otros materiales del mineral. Esto deja un material conocido como barro rojo; se estima que anualmente se producen casi 200 millones de toneladas. Aunque el color rojo proviene de los óxidos de hierro presentes, contiene muchos otros materiales, algunos de los cuales pueden ser tóxicos. Y el proceso de aislamiento del óxido de aluminio deja el material con un pH muy básico.
Todas estas características significan que el lodo rojo generalmente no puede (o al menos no debe) devolverse al medio ambiente. Por lo general, se guarda en estanques de contención; se estima que en todo el mundo contienen 4 mil millones de toneladas de lodo rojo, y muchas cápsulas de contención han estallado con el paso de los años.
Los óxidos de hierro pueden representar más de la mitad del peso del lodo rojo en algunos lugares, lo que potencialmente lo convierte en una buena fuente de hierro. Los métodos tradicionales procesan minerales de hierro haciéndolos reaccionar con carbono, lo que produce la liberación de dióxido de carbono. Pero se han hecho esfuerzos para desarrollar la producción de «acero verde», en el que este paso se sustituye por una reacción con hidrógeno, dejando el agua como principal subproducto. Dado que el hidrógeno se puede producir a partir del agua utilizando electricidad renovable, esto tiene el potencial de eliminar muchas de las emisiones de carbono asociadas con la producción de hierro.
El equipo alemán decidió probar un método para producir acero verde en barro rojo. Calentaron parte del material en un horno de arco eléctrico bajo una atmósfera compuesta principalmente de argón (que no reaccionaría con nada) e hidrógeno (en un 10% de la mezcla).
Bombear (sacar) hierro
La reacción fue notablemente rápida. En cuestión de minutos, comenzaron a aparecer nódulos de hierro metálico en la mezcla. La producción de hierro prácticamente se completó en unos 10 minutos. El hierro era notablemente puro y constituía aproximadamente el 98% del material en peso de los nódulos de hierro.
Comenzando con una muestra de 15 gramos de barro rojo, el proceso la redujo a 8,8 gramos, ya que gran parte del oxígeno del material se liberó en forma de agua. (Vale la pena señalar que esta agua podría reciclarse nuevamente para la producción de hidrógeno, cerrando el círculo en este aspecto del proceso). De esos 8,8 gramos, alrededor de 2,6 (30%) estaban en forma de hierro.
La investigación encontró que también se forman algunas pequeñas piezas de titanio relativamente puro en la mezcla. Por lo tanto, existe la posibilidad de que esto pueda usarse en la producción de metales adicionales, aunque es probable que el proceso deba optimizarse para aumentar el rendimiento de cualquier otra cosa que no sea hierro.
La buena noticia es que después de eso habrá mucho menos barro rojo del que preocuparse. Dependiendo de la fuente del mineral original que contiene aluminio, parte del mismo puede incluir concentraciones relativamente altas de materiales valiosos, como minerales de tierras raras. La desventaja es que cualquier material tóxico en el mineral original se concentrará significativamente más.
Como pequeña ventaja, el proceso también neutraliza el pH del residuo restante. Así que eso es al menos una cosa menos de qué preocuparse.
La desventaja es que el proceso consume mucha energía, tanto para la producción del hidrógeno necesario como para el funcionamiento del horno de arco. El costo de esta energía hace que las cosas sean un desafío económico. Esto se compensa parcialmente con menores costos de procesamiento: el mineral ya se ha obtenido y tiene una pureza relativamente alta.
Pero la característica principal son las extremadamente bajas emisiones de carbono. Actualmente, estos no tienen precio en la mayoría de los países, lo que hace que la economía de este proceso sea mucho más difícil.
Naturaleza, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06901-z (Acerca del DOI).
