Množstvo problémov spôsobujú aj minerály, ktoré tvoria základ modernej spoločnosti. Oddelenie kovov, ktoré chceme, od iných kovov je často energeticky náročné a môže zanechať veľké množstvo toxického odpadu. Získanie v čistej forme môže často vyžadovať druhý a významný energetický vstup, ktorý zvyšuje súvisiace emisie uhlíka.

Tím výskumníkov z Nemecka teraz prišiel na to, ako sa vysporiadať s niektorými z týchto problémov pre špecifickú triedu banského odpadu, ktorý vzniká pri výrobe hliníka. Ich metóda sa spolieha na vodík a elektrinu, ktoré možno získať z obnoviteľných zdrojov energie a extrakcie železa a prípadne iných kovov z odpadu. To, čo zostane, môže byť stále toxické, ale nie je škodlivé pre životné prostredie.

Vyjdite z blata

Prvým krokom pri výrobe hliníka je izolácia oxidu hlinitého od iných materiálov v rude. To zanecháva látku známu ako červená hlina; Odhaduje sa, že ročne sa vyprodukuje približne 200 miliónov ton. Zatiaľ čo červená farba pochádza z prítomných oxidov železa, obsahuje mnoho ďalších látok, z ktorých niektoré môžu byť toxické. Proces izolácie oxidu hlinitého ponecháva materiálu veľmi zásadité pH.

Všetky tieto vlastnosti znamenajú, že červená hlina sa vo všeobecnosti nemôže (alebo by aspoň nemala) vrátiť späť do životného prostredia. Vo všeobecnosti sa chová v zadržiavacích nádržiach, o ktorých sa celosvetovo odhaduje, že obsahujú 4 miliardy ton červenej hliny, a niekoľko nádrží v priebehu rokov explodovalo.

Oxidy železa môžu na niektorých miestach predstavovať viac ako polovicu hmotnosti červenej hliny, čo z nej robí dobrý zdroj železa. Tradičné metódy spracovávali železné rudy ich reakciou s uhlíkom, pričom sa uvoľnil oxid uhličitý. Boli však snahy vyvinúť výrobu „zelenej ocele“, v ktorej je tento krok nahradený reakciou s vodíkom, pričom primárnym vedľajším produktom je voda. Keďže vodík možno vyrábať z vody pomocou obnoviteľnej elektriny, má to potenciál eliminovať veľkú časť emisií uhlíka spojených s výrobou železa.

Nemecký tím sa rozhodol otestovať spôsob výroby zelenej ocele na červenej hline. Zohrievali nejaké materiály Elektrická oblúková pec Pod atmosférou, v ktorej bol prevažne argón (ktorý s ničím nereaguje) a vodík (10 percent zmesi).

Odčerpávanie (vypúšťania) železa

Reakcia bola pozoruhodne rýchla. V priebehu niekoľkých minút sa v zmesi začali objavovať uzliny kovového železa. Výroba železa je z veľkej časti hotová za približne 10 minút. Železo bolo pozoruhodne čisté, pričom asi 98 percent hmotnosti materiálu v uzlinách tvorilo železo.

Proces začala s 15-gramovou vzorkou červenej hliny a potom ju znížila na 8,8 gramu, pričom toľko kyslíka v materiáli sa uvoľnilo ako voda. (Stojí za zmienku, že táto voda môže byť recyklovaná späť na výrobu vodíka, čím sa uzatvorí slučka v tomto aspekte procesu.) Z 8,8 gramov bolo asi 2,6 (30 percent) vo forme železa.

Výskum zistil, že v zmesi sa vytvorili aj malé kúsky relatívne čistého titánu. Preto je tu možnosť využiť to na výrobu ďalších kovov, aj keď proces pravdepodobne treba zlepšiť, aby sa zvýšila produkcia čohokoľvek iného ako železa.

Dobrou správou je, že potom už nie je veľa červenej hliny. V závislosti od zdroja pôvodnej rudy obsahujúcej hliník môžu niektoré z nich zahŕňať relatívne vysoké koncentrácie cenných materiálov, ako sú kovy vzácnych zemín. Nevýhodou je, že prípadné toxíny v pôvodnej surovine budú výrazne koncentrovanejšie.

Ako malé plus proces tiež neutralizuje pH zvyšného zvyšku. Takže aspoň o jednu vec menej.

Nevýhodou je, že proces je neuveriteľne energeticky náročný, a to tak pri výrobe potrebného vodíka, ako aj pri prevádzke oblúkovej pece. Náklady na túto energiu robia veci ekonomicky náročnými. Toto je čiastočne kompenzované nižšími nákladmi na spracovanie, keďže ruda už bola získaná a má relatívne vysokú čistotu.

Hlavnou črtou toho sú však extrémne nízke emisie uhlíka. V súčasnosti vo väčšine krajín tieto produkty nemajú žiadnu cenu, čo značne sťažuje ekonomiku tohto procesu.

Príroda, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06901-z (O digitálnych identifikátoroch).