18:41 2022-11-25
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Cercetarea urmărește să dezvolte recuperarea inovatoare a materiilor prime valoroase din „nămolul roșu”
_ Cercetarea își propune să dezvolte recuperarea inovatoare de materii prime valoroase din „nămol roșu”
Zgura deșeurilor din industriile metalurgice conțin adesea materiale valoroase, dar în concentrații foarte mici. Aceasta înseamnă că suprafețe mari de teren valoros sunt folosite pentru a găzdui rezervoare pline cu ceea ce uneori este deșeu toxic. Acum vrem să folosim hidrogenul pentru a transforma aceste deșeuri într-o resursă.
Lumea are nevoie disperată de metale. Realizarea așa-numitei tranziții verzi depinde în întregime de obținerea atât a metalelor mai rare, cât și a celor pentru care avem o aprovizionare din belșug. Cu toate acestea, recuperarea metalelor din mineralele pe care le extragem are ca rezultat produse secundare care prea adesea ajung ca deșeuri. Aceste deșeuri pot avea, de asemenea, impacturi locale și globale majore asupra naturii și a mediului.
Unele dintre cercetările pe care le desfășurăm la SINTEF implică aflarea modului în care aceste deșeuri pot fi folosite pentru a ne furniza mai multe metale. Acum ne propunem să recuperăm fier, cobalt, scandiu și multe alte metale critice din aceste deșeuri.
Transformarea unei probleme într-o oportunitate
Problemele asociate cu eliminarea deșeurilor metalurgice sunt evidente . Dar ele ne pot oferi și oportunități. Și la fel cum crește cererea de metale și alte materii prime critice, vor apărea și noi inițiative comerciale.
SINTEF conduce în prezent un proiect major numit HARARE. Aceasta implică un parteneriat cu alte nouă organizații europene care urmăresc să folosească hidrogenul pentru a recupera cuprul și aluminiul din zgura de cupru și, respectiv, reziduurile de bauxită (așa-numitele nămoluri roșii).
HARARE înseamnă „Hydrogen As the Agent reducător în recuperarea metalelor și mineralelor din deșeurile metalurgice”.
Trei megatendințe
Există trei megatendințe care conduc în prezent creșteri inevitabile viitoare ale cererii de metale. Acestea sunt tranziția la utilizarea surselor de energie regenerabilă, utilizarea sporită a mașinilor electrice și dezvoltarea așa-numitelor orașe inteligente. Cuprul și aluminiul reprezintă două metale care vor continua să fie importante în anii următori.
Aluminiul cântărește relativ puțin și este rezistent la coroziune, făcându-l, printre altele, un material de construcție important. Cuprul este un conductor foarte eficient de căldură și electricitate și este ușor de reciclat. Șaizeci și cinci la sută din tot cuprul produs din 1900 este încă în uz astăzi. Aceste proprietăți înseamnă că cererea de aluminiu și cupru va continua să crească.
Provocarea cu care ne confruntăm este că procesele standard de topire a aluminiului generează aproximativ de două ori mai multe deșeuri de noroi roșu decât aluminiul metal. Nămolul roșu este foarte de bază și este de obicei aruncat în rezervoare care ocupă suprafețe mari de teren. Pe lângă faptul că creează probleme majore de utilizare a terenurilor, noroiul roșu reprezintă și o sursă potențială de poluare și un risc de siguranță pentru zonele din vecinătatea rezervoarelor.
În mod similar, pentru fiecare kilogram de cupru pe care îl producem, suntem a rămas cu 2,2 tone de zgură. În UE, se produc până la patru megatone de zgură de cupru în fiecare an. La nivel global, industria aluminiului produce 160 de tone de deșeuri de zgură în fiecare an – echivalentul a aproximativ 20 de kilograme pe locuitor. Dacă acum se așteaptă să crească producția acestor metale, problema deșeurilor se va agrava.
Creșterea de șase ori a cererii
În teorie, zgura metalurgică conțin reziduuri minerale și metalice poate reprezenta o resursă. Cu toate acestea, una dintre provocări este că aceste reziduuri conțin doar concentrații scăzute de metale și minerale de interes. De exemplu, este posibil să se recupereze cuprul din zgura de cupru care conține mai mult de un procent din metal. Zgura care conține mai puțin de un procent de cupru va fi în mod normal considerată deșeu și aruncată.
Provocarea cu care ne confruntăm este că procesele standard de topire a aluminiului generează aproximativ de două ori mai multe deșeuri de noroi roșu decât aluminiul metal.
Alte metale și minerale rare și valoroase apar în concentrații și mai mici. Concentrația, natura amestecului mineral și modul în care acestea apar în materialul de zgură vor determina cât de dificilă este recuperarea metalelor pure. Cu toate acestea, devine din ce în ce mai important să identificăm metode pentru astfel de procese care pot fi industrializate.
Agenția Internațională pentru Energie (IEA) estimează că cererea de materiale critice va crește de șase ori până în 2040 dacă dorim să atingerea obiectivului de zero emisii până în 2050. UE operează cu obiectivul expres de a fi autosuficientă în materie de materii prime esențiale, dar în prezent, suntem departe de atingerea acestui obiectiv.
Deși este posibil să fie profitabilă recuperarea metalelor din zguri de topire, este necesară și reducerea emisiilor de CO2 generate de procesele metalurgice. Producția de metale necesită în general energie, așa că ar trebui să fie posibilă reducerea a ceea ce numim „emisii indirecte” prin selectarea unor surse de energie mai bune și optimizarea procesului de topire. Pe lângă toate acestea, producția de metale va genera aproape întotdeauna emisii de CO2 pur și simplu ca rezultat al procesului de producție. Acestea se numesc „emisii directe”, care pot fi reduse doar prin captarea CO2 produs sau fără generarea de CO2 în primul rând.
De unde provine tot acest CO2?
Pentru a afla dacă este posibilă eliminarea completă a emisiilor directe de CO2, trebuie mai întâi să ne uităm la modul în care este generat gazul. Majoritatea minereurilor metalice există ca oxizi în care fiecare atom de metal este legat de unul sau mai mulți atomi de oxigen. În astfel de relații, legăturile dintre atomi sunt foarte puternice și trebuie să folosim multă energie pentru a rupe legăturile și a elibera metalul. De asemenea, trebuie să ispitim atomii de oxigen să găsească afinități cu alternative la atomii de metal pe care îi consideră atât de atractivi.
Atomii de oxigen nu sunt doar pasionați de atomii de metal. De asemenea, ei găsesc atomi de carbon foarte atractivi. Din acest motiv, în timpul procesului de topire, amestecăm atomii de carbon care apar în cărbune sau așchii de lemn cu oxizi de metal în cuptoarele mari. Introducem cantități mari de energie, adesea sub formă de electricitate, și producem metalele pe care le căutăm, împreună cu CO2. Spunem că carbonul a redus metalul și că carbonul este, prin urmare, un „agent reducător”.
Ce zici de apă în loc de CO2?
Știm cu toții că atomii de oxigen se amestecă ușor. cu hidrogen. La urma urmei, este nevoie de un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen pentru a face o moleculă de apă. Ar putea fi posibil să se producă un metal pur și să se elibereze apă în loc de CO2? Acest lucru sună prea bine pentru a fi adevărat și pentru unele metale această abordare pur și simplu nu funcționează.
Hidrogenul nu este întotdeauna un agent reducător suficient de eficient, deși calculele teoretice și experimentele de laborator indică faptul că ar trebui să fie posibil pentru mai multe oxizi metalici pentru a obține o reducere completă sau parțială folosind hidrogenul din apă.
Deșeuri, utilizarea terenurilor și gaze cu efect de seră
Ca parte a proiectului HARARE, scopul nostru este de a aborda mai multe probleme dintr-o dată. Lumea are nevoie de mai multe metale. Dar acest lucru va genera doar mai multe deșeuri și o utilizare sporită a terenurilor, atât sub formă de minerit, cât și de excavare a gropilor de gunoi. Ca să nu mai vorbim de toate emisiile de CO2. Dorim să vedem metode specifice dezvoltate pentru recuperarea reziduurilor de aluminiu și cupru, precum și fier, cobalt, scandiu și multe alte minerale critice din cele două fluxuri majore de deșeuri de zgură de cupru și nămol roșu.
Utilizarea. de hidrogen ne va permite să facem sectorul metalurgic atât circular, cât și fără carbon.
Comentarii:
Adauga Comentariu