La mayoría de la gente sabe que los metales están hechos de minerales, pero ¿cómo hacemos oro a partir de grava? Ese es el proceso que debemos entender para poder hacer que la industria del metal sea amigable con el clima. Aquí hay algunas alternativas para CO₂ -Producción libre de metales.

Para lograr el "cambio verde", el mundo necesita nuevos materiales, sobre todo metales. Hoy en día, el carbón es particularmente popular en la industria metalúrgica porque tiene la capacidad de eliminar el oxígeno del mineral para que podamos sacar el metal. En ese proceso, CO₂ se forma, el gas de efecto invernadero que debemos evitar en el futuro. En este momento nos hemos dado a la tarea de buscar otras formas de extraer metales, pero ¿qué alternativas tenemos realmente?

Para garantizar un futuro con el desarrollo de la energía solar y eólica, carreteras y ciudades resistentes a la intemperie en todo el mundo, debemos ser capaces de fabricar metales de forma segura, climáticamente neutra y responsable. Por supuesto, debemos mejorar el manejo y la reutilización o el reciclaje de los desechos que contienen metales, pero eso no será suficiente. Si queremos lograr el cambio verde, también a nivel mundial, el mundo necesita nuevos metales. Hoy en día, la industria del metal emite gases de efecto invernadero y en Noruega representa el 10% del total de CO₂ emisiones Por lo tanto, es urgente encontrar nuevas oportunidades para alternativas más respetuosas con el clima a los procesos actuales.

Tres claves para la producción metalúrgica del futuro

La figura muestra las sustancias que tienen la capacidad de eliminar el oxígeno de los minerales, estos se denominan agentes reductores. En la esquina inferior izquierda de la figura, vemos el carbono que se usa hoy para convertir casi todos los tipos de minerales en metal. Históricamente, el carbono ha sido carbón vegetal o madera, pero en los tiempos modernos se utiliza principalmente carbono fósil. Las sustancias orgánicas como la madera y otras formas de biocarbono no son formas puras de carbono, se encuentran en la línea entre el carbono y el hidrógeno. Aquí también encontramos fuentes biológicas de carbono no tradicionales como el biogás.

Muchos productores de metales ven estos agentes reductores a base de carbono como los agentes reductores más interesantes porque se espera que puedan adaptarse a los métodos de producción actuales, en lugar de desarrollar procesos completamente nuevos. Sin embargo, el uso de todos los agentes reductores que contienen carbono conducirá a la formación de CO₂ . Para evitar que esto provoque un aumento del efecto invernadero, se debe utilizar CO₂ -fuentes de carbono neutrales (por ejemplo, biocarbono) o capturar y almacenar el CO₂ de los gases de escape. Si conseguimos hacer las dos cosas a la vez, podemos tener CO₂ -procesos negativos en el futuro, que muchos creen que serán necesarios para alcanzar los objetivos climáticos. Sin embargo, las llamadas soluciones neutras en carbono también tienen un retraso, ya que un árbol nuevo tarda una media de 90 años en crecer y consumir el CO₂. emitido. Es demasiado tarde si se quieren alcanzar los objetivos del Acuerdo de París.

Una necesidad de grandes cantidades de carbono

La gran pregunta con respecto al carbono es cómo será el acceso al biocarbono en el futuro. Además, también debemos pensar en los impactos sobre la biodiversidad y otros aspectos ambientales importantes. Las cantidades de carbono necesarias en el sector del metal son, lamentablemente, enormes. Desde una perspectiva a largo plazo, es posible que el carbono ni siquiera sea la mejor opción que podamos encontrar.

¿Puede la energía sustituir a los agentes reductores?

En la esquina inferior derecha de la figura, tenemos electricidad. Muchos saben que el aluminio, por ejemplo, se fabrica por electrólisis. Luego se usa electricidad para obtener el oxígeno en el mineral para soltar el metal. Sin embargo, la tecnología de electrólisis actual se encuentra un poco hacia la esquina de carbono de la figura, ya que se necesitan electrodos hechos de carbono en la electrólisis. Los electrodos de carbono se consumen en el proceso, por lo que en realidad se combinan los efectos de la electricidad y el carbono. Si podemos usar otros tipos de electrodos en el futuro, y preferiblemente tipos que no se usen en el proceso, el metal podría, en teoría, fabricarse solo con electricidad como agente reductor. Hoy en día, se gastan grandes recursos en todo el mundo para inventar nuevas soluciones de electrodos para diferentes procesos de electrólisis para diferentes metales. Los optimistas energéticos visualizan un futuro con grandes cantidades de energía renovable disponible y, si estos pronósticos resultan ser correctos, estos procesos intensivos en energía serán aún más atractivos desde una perspectiva económica y ambiental.

Si echamos un vistazo más de cerca a la esquina de electrones de la figura, vemos que en realidad hay otra posibilidad allí:plasma. De hecho, si se pudieran utilizar cantidades ilimitadas de energía, sería posible fabricar metal sin otro agente reductor que la energía limpia. Pero entonces se requiere una cantidad extrema de energía, y esta opción probablemente solo sería posible en los escenarios energéticos más optimistas.

Hidrógeno de gran interés

En la esquina superior de la figura, encontramos hidrógeno. El hidrógeno es particularmente interesante por muchas razones, especialmente porque el hidrógeno está fácilmente disponible ya que es un subproducto de varios procesos industriales diferentes. Lamentablemente, no es posible utilizar todo el hidrógeno disponible en la actualidad, principalmente debido a los desafíos relacionados con el transporte, el almacenamiento y la seguridad. El hidrógeno también se puede producir a partir de gas natural, biogás o agua (mediante electrólisis). Desafortunadamente, sin embargo, el hidrógeno no tiene la capacidad de convertir todos los tipos de minerales en metal, pero tal vez haya formas de combinar el hidrógeno con otros agentes reductores para hacerlo más potente.

El hidrógeno puede cooperar

En el borde derecho del triángulo hay otra alternativa de alta energía:el plasma de hidrógeno. Aquí, se agrega tanta energía que los átomos de hidrógeno se han desintegrado. El plasma de hidrógeno es mucho más potente como agente reductor que el gas de hidrógeno regular y se puede usar en muchos más minerales. Esto requiere más energía que para las reacciones de gas, pero considerablemente menos que si el plasma se hiciera a partir del mineral mismo. Otra posibilidad futura gira en torno a los electrodos de gas para procesos de electrólisis. Aquí puede preverse que se utilice gas hidrógeno como agente reductor en una celda de electrólisis.

Otro fuerte candidato para este tipo de electrodos de gas es el gas metano. Un gas que en la actualidad se obtiene más fácilmente a partir del gas natural, pero que en el futuro puede proceder de fuentes biológicas, es decir, del biogás. El metano puede ser una forma de agregar hidrógeno a un proceso o puede ser un agente reductor en sí mismo. La combinación de hidrógeno y carbono en el metano hace que esta sea una opción muy interesante para fabricar metal en el futuro.

Otros gases que se pueden utilizar para añadir hidrógeno a los procesos son el amoníaco que, al igual que el metano, es menos explosivo que el hidrógeno puro y, por tanto, más fácil de transportar y almacenar. Pero el uso de gas como agente reductor impone grandes exigencias a la reestructuración de las industrias metalúrgicas, donde sería necesario desarrollar e invertir en nuevos tipos de reactores.

¿Pueden los metales hacer metales?

También debemos mencionar que muchos metales pueden ser un agente reductor para otros metales, aunque no se incluye en la figura aquí. Por ejemplo, el aluminio puede ser un agente reductor para muchos otros metales y para el silicio. (El silicio se usa en células solares y electrónica, por ejemplo). Sin embargo, el problema con esto es que primero tiene que producir aluminio, lo que actualmente no sucede sin CO₂. emisiones Por lo tanto, esta categoría de producción de metales dependerá por completo de que implementemos métodos para fabricar y reciclar los nuevos agentes reductores de una manera climáticamente neutra.

¿Por qué no reciclar el carbono?

Hablando de reciclaje, reciclar carbono es una especie de "santo grial". Sería una opción muy interesante, ya que se puede producir carbono sin materias primas fósiles. Al mismo tiempo, el reciclaje ayudaría a reducir la presión sobre las fuentes biológicas de carbono, como los bosques. Si pudiéramos capturar CO₂ del gas de escape y luego dividirlo en oxígeno gaseoso, que puede liberarse, y una forma de carbono que puede volver a colocarse en hornos y/o celdas de electrólisis, habría sido una solución muy atractiva.

El desafío es que el CO₂ es tan increíblemente estable que se necesitarán enormes cantidades de energía para dividirlo. La cantidad de energía posiblemente se puede reducir ligeramente mediante el uso de catalizadores de alta tecnología, como partículas que contienen cerio u organismos biológicos como algas o bacterias.

En otras palabras, hay muchas alternativas diferentes que tienen ventajas y desventajas. Sin embargo, hay una buena razón para creer que algunas de estas alternativas podrían ser la clave para lograr una industria metalúrgica climáticamente neutra en el futuro. + Explora más

Investigadores desarrollan una nueva forma de calcular el impacto ambiental de la producción de amoníaco