La producción de aluminio genera cada año alrededor de 180 millones de toneladas de lodo rojo tóxico. Los científicos del Instituto Max Planck para la Eisenforschung, un centro de investigación del hierro, han demostrado cómo se puede producir acero ecológico de forma relativamente sencilla a partir de residuos de la producción de aluminio. En un horno de arco eléctrico similar a los que se utilizan en la industria siderúrgica desde hace décadas, convierten el óxido de hierro contenido en el lodo rojo en hierro mediante plasma de hidrógeno.
Con este proceso se eliminan casi 700 millones de toneladas de CO2 Se podría producir acero libre de carbono a partir de los 4 mil millones de toneladas de lodo rojo que se han acumulado en todo el mundo hasta la fecha, lo que corresponde a un buen tercio de la producción anual de acero en todo el mundo. Como demuestra el equipo de Max Planck, el proceso también sería económicamente viable.
Según las previsiones, la demanda de acero y aluminio aumentará hasta un 60% hasta 2050. Sin embargo, la producción convencional de estos metales tiene un impacto considerable en el medio ambiente. Ocho por ciento del CO2 global Las emisiones provienen 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 alrededor de 180 millones de toneladas cada año de lodo rojo, que es altamente 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 lanzarlo al medio ambiente en forma de polvo.
Además, el lodo rojo altamente alcalino corroe las paredes de hormigón de los vertederos, lo que provoca filtraciones de lodo rojo que ya han provocado desastres medioambientales en varias ocasiones, por ejemplo en China en 2012 y en Hungría en 2010. Además, grandes cantidades de lodo rojo el barro también se elimina fácilmente en la naturaleza.
Potencial para ahorrar 1.500 millones de toneladas de CO2 en la industria del acero
"Nuestro proceso podría resolver simultáneamente el problema de los residuos en la producción de aluminio y mejorar la huella de carbono de la industria siderúrgica", afirma Matic Jovičevič-Klug, que desempeñó un papel clave en el trabajo como científico en el Instituto Max Planck de Eisenforschung. En un estudio publicado en la revista Nature El equipo muestra cómo el barro rojo se puede utilizar como materia prima en la industria del acero. Esto se debe a que los residuos de la producción de aluminio se componen de hasta un 60 % de óxido de hierro.
Los científicos del Max Planck funden el lodo rojo en un horno de arco eléctrico y al mismo tiempo reducen el óxido de hierro contenido a hierro mediante un plasma que contiene un 10% de hidrógeno. La transformación, conocida en la jerga técnica como reducción por plasma, dura sólo diez minutos, durante los cuales el hierro líquido se separa de los óxidos líquidos y luego puede extraerse 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 material de relleno, por ejemplo, en la industria de la construcción. Otros grupos de investigación han producido hierro a partir de lodo rojo utilizando un método similar con 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 4 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 ", afirma Isnaldi Souza Filho, líder del grupo de investigación en el Instituto Max Planck para Eisenforschung.
Con este proceso también se pueden neutralizar prácticamente los metales pesados del lodo rojo. "Después de la reducción, detectamos cromo en el hierro", afirma Jovičevič-Klug. "Es probable que otros metales pesados y preciosos también acaben en el hierro o en una zona separada. Esto es algo que investigaremos en futuros estudios. Los metales valiosos podrían separarse y reutilizarse".
Además, los metales pesados que quedan en los óxidos metálicos quedan firmemente adheridos a ellos y ya no pueden eliminarse con agua, como ocurre con el barro rojo.
Sin embargo, producir hierro a partir de lodo rojo utilizando directamente hidrógeno no sólo beneficia al medio ambiente dos veces; También resulta rentable desde el punto de vista económico, como demostró el equipo de investigación en un análisis de costes. 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 % de óxido de hierro o más.
Si se consideran 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 costes de eliminación del lodo rojo probablemente sean bastante bajos", afirma Isnaldi 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. Por lo tanto, en muchos casos, la industria sólo necesitaría invertir un poco para volverse más sostenible.
"Para nosotros era importante tener en cuenta también los aspectos económicos en nuestro estudio", afirma Dierk Raabe, director del Instituto Max Planck de Eisenforschung. "Ahora le toca a la industria decidir si utilizará la reducción por plasma de lodo rojo a hierro".
Más información: Matic Jovičević-Klug et al, Acero verde a partir de barro rojo mediante reducción de plasma de hidrógeno climáticamente neutra, Naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06901-z
Información de la revista: Naturaleza
Proporcionado por la Sociedad Max Planck
