Los científicos del Instituto Max Planck para la Eisenforschung, un centro de investigación del hierro, han demostrado cómo se puede fabricar acero ecológico de forma relativamente sencilla a partir de residuos de producción de aluminio.
En un artículo publicado en la revista Nature , los investigadores señalan que la viabilidad de su técnica depende del hecho de que la producción de aluminio genera cada año millones de toneladas de lodo rojo tóxico .
En un horno de arco eléctrico similar a los utilizados en la industria siderúrgica durante décadas, consiguieron convertir el óxido de hierro contenido en el barro rojo en hierro mediante plasma de hidrógeno. Con este proceso se podrían producir casi 700 millones de toneladas de acero libre de CO2 a partir de los cuatro mil millones de toneladas de lodo rojo que se han acumulado en todo el mundo hasta la fecha, lo que corresponde a un tercio de la producción anual de acero en todo el mundo.
Lidiar con un pasivo ambiental
Según las previsiones, la demanda de acero y aluminio aumentará hasta un 60% de aquí a 2050. Sin embargo, el 8% de las emisiones globales de CO2 proceden de la industria siderúrgica, lo que la convierte en el sector con mayores emisiones de gases de efecto invernadero . Mientras tanto, la industria del aluminio produce cada año alrededor de 180 millones de toneladas de lodo rojo, que es muy alcalino y contiene trazas de metales pesados como el cromo.
En Australia, Brasil y China, entre otros, estos residuos, en el mejor de los casos, se secan y se eliminan en vertederos gigantes, lo que genera elevados costes de procesamiento. Cuando llueve mucho, el barro rojo suele ser arrastrado fuera del vertedero y, cuando se seca, el viento puede arrojarlo al medio ambiente en forma de polvo.
El lodo rojo, altamente alcalino, corroe las paredes de hormigón de los vertederos, lo que provoca fugas de lodo rojo que ya han provocado desastres medioambientales en varias ocasiones, por ejemplo en Hungría en 2010 y en China en 2012. Además, grandes cantidades de lodo rojo también son simplemente eliminado en la naturaleza.
"Nuestro proceso podría resolver simultáneamente el problema de los residuos de la producción de aluminio y mejorar la huella de carbono de la industria del acero", afirmó en un comunicado Matic Jovičevič-Klug, coautor del estudio.
La razón por la que el nuevo proceso funciona es porque el lodo rojo procedente de la producción de aluminio está compuesto hasta en un 60% por óxido de hierro y la transformación que sufre, conocida en el argot técnico como reducción por plasma, dura apenas 10 minutos, durante los cuales el hierro líquido se separa del óxidos líquidos y luego se pueden extraer fácilmente. El hierro es tan puro que se puede transformar directamente en acero.
Los óxidos metálicos restantes ya no son corrosivos y se solidifican al enfriarse para formar un material similar al vidrio que puede usarse como relleno en la industria de la construcción , por ejemplo. Otros grupos de investigación han producido hierro a partir de lodo rojo utilizando un enfoque similar y empleando coque, pero esto produce hierro muy contaminado y grandes cantidades de CO2. El uso de hidrógeno verde como agente reductor evita estas emisiones de gases de efecto invernadero.
"Si se utilizara hidrógeno verde para producir hierro a partir de los cuatro mil millones de toneladas de lodo rojo que se han generado en la producción mundial de aluminio hasta la fecha, la industria del acero podría ahorrar casi 1,5 mil millones de toneladas de CO2", dijo el investigador principal Isnaldi Souza Filho.
Hidrógeno verde en la mezcla
Además de lo anterior, el equipo de investigación descubrió que los metales pesados del lodo rojo también pueden neutralizarse virtualmente mediante este proceso.
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"Después de la reducción, detectamos cromo en el hierro", dijo Jovičevič-Klug. “Es probable que otros metales pesados y preciosos también vayan al hierro o a una zona separada. Eso es algo que investigaremos en futuros estudios. De esta forma, los metales valiosos podrían separarse y reutilizarse”.
Los metales pesados que quedan en los óxidos metálicos están firmemente ligados a ellos y ya no pueden eliminarse con agua, como ocurre con el lodo rojo.
Los científicos señalan que la producción de hierro a partir de lodo rojo utilizando directamente hidrógeno no sólo beneficia doblemente al medio ambiente, sino que también resulta económicamente rentable. Con hidrógeno y una mezcla de electricidad para el horno de arco eléctrico procedente sólo de fuentes parcialmente renovables, el proceso merece la pena si el lodo rojo contiene un 50% o más de óxido de hierro.
Si se tienen en cuenta también los costes de eliminación del lodo rojo, sólo un 35% de óxido de hierro es suficiente para que el proceso sea económico. Con el hidrógeno verde y la electricidad, a los costes actuales (teniendo en cuenta también el coste del vertido del lodo rojo), se necesita una proporción de entre un 30 y un 40 % de óxido de hierro para que el hierro resultante sea competitivo en el mercado.
“Se trata de estimaciones conservadoras porque los costos de eliminación del lodo rojo probablemente se calculan bastante bajos”, afirmó Souza Filho.
Y hay otra ventaja desde un punto de vista práctico: los hornos de arco eléctrico se utilizan ampliamente en la industria del metal, incluidas las fundiciones de aluminio, ya que se utilizan para fundir chatarra . En muchos casos, la industria necesitaría invertir sólo un poco para volverse más sostenible.
"Ahora le toca a la industria decidir si utilizará la reducción por plasma del lodo rojo a hierro", afirmó Dierk Raabe, director del Instituto Max Planck para Eisenforschung.
Fuente: Revista Nature
Matic Jovičević-Klug