Los metales que forman la base de la sociedad moderna también causan una serie de problemas. Separar los metales que queremos de otros minerales suele consumir mucha energía y puede dejar grandes volúmenes de residuos tóxicos. Obtenerlos en forma pura a menudo puede requerir un segundo y considerable aporte de energía, lo que aumenta las emisiones de carbono asociadas.
Un equipo de investigadores de Alemania ha descubierto cómo manejar algunos de estos problemas para una clase específica de desechos mineros creados durante la producción de aluminio. Su método se basa en hidrógeno y electricidad, que pueden obtenerse de energía renovable y extraer hierro y potencialmente otros metales de los desechos. Lo que queda puede seguir siendo tóxico, pero no es tan dañino para el medio ambiente.
Fuera del barro
El primer paso en la producción de aluminio es el aislamiento del óxido de aluminio de los demás materiales del mineral. Esto deja un material conocido como barro rojo; se estima que se producen casi 200 millones de toneladas anualmente. Si bien el color rojo proviene de los óxidos de hierro presentes, contiene muchos otros materiales, algunos de los cuales pueden ser tóxicos. Y el proceso de aislar el óxido de aluminio deja el material con un pH muy básico.
Todas estas características significan que el lodo rojo generalmente no puede (o al menos no debe) devolverse al medio ambiente. Generalmente se mantiene en estanques de contención; a nivel mundial, se estima que albergan 4 mil millones de toneladas de lodo rojo, y muchas cápsulas de contención han estallado a lo largo de los años.
Los óxidos de hierro pueden representar más de la mitad del peso del lodo rojo en algunos lugares, lo que potencialmente lo convierte en una buena fuente de hierro. Los métodos tradicionales han procesado minerales de hierro haciéndolos reaccionar con carbono, lo que provoca la liberación de dióxido de carbono. Pero se han realizado esfuerzos para desarrollar la producción de «acero verde», en la que este paso se reemplaza por una reacción con hidrógeno, dejando el agua como subproducto principal. Dado que el hidrógeno se puede producir a partir de agua utilizando electricidad renovable, esto tiene el potencial de eliminar muchas de las emisiones de carbono asociadas con la producción de hierro.
El equipo alemán decidió probar un método de producción de acero verde en barro rojo. Calentaron parte del material en un horno de arco eléctrico bajo una atmósfera compuesta principalmente de argón (que no reaccionaría con nada) e hidrógeno (al 10 por ciento de la mezcla).
Bombear (sacar) hierro
La reacción fue notablemente rápida. A los pocos minutos, empezaron a aparecer nódulos de hierro metálico en la mezcla. La producción de hierro estuvo prácticamente terminada en unos 10 minutos. El hierro era notablemente puro: aproximadamente el 98 por ciento del material en peso de los nódulos era hierro.
Comenzando con una muestra de 15 gramos de barro rojo, el proceso la redujo a 8,8 gramos, ya que gran parte del oxígeno del material se liberó en forma de agua. (Vale la pena señalar que esta agua podría reciclarse nuevamente para producir hidrógeno, cerrando el ciclo en este aspecto del proceso). De esos 8,8 gramos, alrededor de 2,6 (30 por ciento) estaban en forma de hierro.
La investigación encontró que también se forman algunos pequeños trozos de titanio relativamente puro en la mezcla. Por lo tanto, existe la posibilidad de que esto pueda usarse en la producción de metales adicionales, aunque probablemente sería necesario optimizar el proceso para aumentar el rendimiento de cualquier otra cosa que no sea hierro.
La buena noticia es que después de esto quedará mucho menos barro rojo del que preocuparse. Dependiendo de la fuente del mineral original que contiene aluminio, parte de este puede incluir concentraciones relativamente altas de materiales valiosos, como minerales de tierras raras. La desventaja es que cualquier material tóxico en el mineral original estará significativamente más concentrado.
Como pequeña ventaja, el proceso también neutraliza el pH del residuo restante. Entonces, eso es al menos una cosa menos de qué preocuparse.
La desventaja es que el proceso consume mucha energía, tanto para producir el hidrógeno necesario como para hacer funcionar el horno de arco. El costo de esa energía hace que las cosas sean un desafío económico. Esto se compensa en parte con los menores costes de procesamiento: el mineral ya se ha obtenido y tiene una pureza relativamente alta.
Pero la característica clave son las extremadamente bajas emisiones de carbono. En este momento, no tienen precio en la mayoría de los países, lo que hace que la economía de este proceso sea mucho más difícil.
Naturaleza, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06901-z (Acerca de los DOI).
