Onderzoekers hebben een economisch haalbare methode ontworpen om waterstof te gebruiken om de giftige rode modder die wordt geproduceerd tijdens de aluminiumproductie te smelten om in ongeveer 10 minuten groen staal te produceren, waardoor de milieu-impact van de staal- en aluminiumindustrie wordt verminderd.
De aluminiumindustrie produceert jaarlijks ongeveer 198 miljoen ton (ongeveer 180 miljoen ton) bauxietresidu – ‘rode modder’ –, wat extreem corrosief is vanwege de hoge alkaliteit en het rijke gehalte aan giftige zware metalen. In landen als Australië, China en Brazilië wordt overgebleven rode modder vaak op grote stortplaatsen gedumpt, waar het duur is om het te verwijderen. De staalindustrie veroorzaakt ook ernstige schade aan het milieu en is verantwoordelijk voor 8% van de totale mondiale CO2-uitstoot. De verwachting is echter dat de vraag naar staal en aluminium tegen 2050 met wel 60% zal groeien.
Maar wetenschappers van het Duitse Max-Planck-Institutfür Eisenforschung hebben mogelijk een manier om giftige rode modderbijproducten van de aluminiumproductie om te zetten in groen staal.
"Ons proces kan tegelijkertijd het schrootprobleem bij de aluminiumproductie oplossen en de ecologische voetafdruk van de staalindustrie verbeteren", zegt Matic-Jovicevic-Kruger, hoofdauteur van het onderzoek. "Los tegelijkertijd het schrootprobleem bij de aluminiumproductie op en verbeter de ecologische voetafdruk van de staalindustrie."
Rode modder bevat tot 60% ijzeroxide. Door plasma met 10% waterstof te gebruiken om rode modder in een vlamboogoven te smelten, kan deze worden gereduceerd tot vloeibaar ijzer en vloeibaar oxide, waardoor ijzer gemakkelijk kan worden geëxtraheerd. Onderzoekers zeggen dat de plasmareductietechnologie slechts 10 minuten duurt en dat het geproduceerde ijzer zo zuiver is dat het direct tot staal kan worden verwerkt. Het metaaloxide, dat niet meer corrosief is, stolt bij afkoeling en kan daardoor worden omgezet in een glasachtig materiaal dat als vulmateriaal in de bouw kan worden gebruikt.
Andere onderzoekers hebben een soortgelijke methode gebruikt om ijzer uit rode modder te produceren, maar dan met behulp van cokes; Deze methode resulteert echter in een zware verontreiniging van het ijzer en de productie van grote hoeveelheden kooldioxide. De methode die in het nieuwe onderzoek wordt gebruikt, vermijdt de uitstoot van deze broeikasgassen door groene waterstof als reductiemiddel te gebruiken.
Isnaldi Souza Filho, corresponderend auteur van de studie, zei: “Als groene waterstof wordt gebruikt om ijzer te extraheren uit de 4 miljard ton rode modder die tot nu toe is geproduceerd in de mondiale aluminiumproductie, zou de staalindustrie bijna 1,5 miljard ton kooldioxide kunnen besparen.”
Door dit proces worden de giftige zware metalen die oorspronkelijk in de rode modder aanwezig waren, "bijna geneutraliseerd". Eventuele resterende zware metalen zijn stevig gebonden in de metaaloxiden en zullen niet door water worden weggespoeld zoals rode modder die op stortplaatsen achterblijft.
“Na reductie hebben we chroom in het ijzer aangetroffen. Het is mogelijk dat ook andere zware en edele metalen in het ijzer of in een aparte zone terecht zijn gekomen. Dit gaan we in verder onderzoek onderzoeken. Waardevolle metalen kunnen worden afgescheiden en hergebruikt”, zegt Jovičević-Klug.
Onderzoekers zeggen dat het rechtstreeks gebruiken van groene waterstof om ijzer uit rode modder te produceren niet alleen "dubbel voordelig" is voor het milieu, maar ook zeer economisch. Volgens hun berekeningen zou het proces economisch economisch zijn als de rode modder 35% ijzeroxide bevatte. Als we de kosten van groene waterstof en elektrische boogovenelektriciteit tegen de huidige prijzen berekenen, plus de kosten van het storten van rode modder, moet het aandeel ijzeroxide in rode modder 30% tot 40% bereiken, zodat het geproduceerde ijzer concurrerend kan zijn op de markt.
Dit zijn conservatieve schattingen, aangezien de kosten voor het verwerken van rode modder waarschijnlijk vrij laag zijn. Bovendien worden vlamboogovens veel gebruikt in de metaalindustrie, waaronder aluminiumsmelterijen, waar ze met beperkte investeringen een grotere duurzaamheid kunnen bereiken.
Dierk Raabe, co-auteur van het onderzoek, zei: "In ons onderzoek was het ook belangrijk om rekening te houden met economische factoren. Het is nu aan de industrie om te beslissen of plasma wordt gebruikt om ijzer in rode modder te verminderen."
Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature.