La maggior parte delle persone sa che i metalli sono fatti dal minerale, ma come facciamo a fare l'oro dalla ghiaia? Questo è il processo che dobbiamo comprendere per essere in grado di rendere l'industria dei metalli rispettosa del clima. Ecco alcune alternative per CO₂ -produzione di metallo libera.

Per realizzare il "cambiamento verde" il mondo ha bisogno di nuovi materiali, non ultimi i metalli. Oggi, il carbonio è particolarmente popolare nell'industria dei metalli perché ha la capacità di rimuovere l'ossigeno dal minerale in modo da poter estrarre il metallo. In quel processo, CO₂ si forma, il gas serra che dovremo evitare in futuro. In questo momento, abbiamo iniziato il compito di trovare altri modi per estrarre i metalli, ma quali alternative abbiamo davvero?

Per garantire un futuro con lo sviluppo dell'energia solare ed eolica, strade e città resistenti alle intemperie in tutto il mondo, dobbiamo essere in grado di produrre metalli in modo sicuro, neutro dal punto di vista climatico e responsabile. Naturalmente, dobbiamo migliorare la gestione, il riutilizzo o il riciclaggio dei rifiuti contenenti metalli, ma ciò non sarà sufficiente. Se vogliamo realizzare il cambiamento verde, anche a livello globale, il mondo ha bisogno di nuovi metalli. Oggi l'industria metallurgica emette gas serra e in Norvegia rappresenta il 10% della CO₂ totale emissioni. È quindi urgente trovare nuove opportunità per alternative più rispettose del clima rispetto ai processi attuali.

Tre chiavi per la futura produzione di metallo

La figura mostra le sostanze che hanno la capacità di rimuovere l'ossigeno dai minerali, questi sono chiamati agenti riducenti. Nell'angolo in basso a sinistra della figura, vediamo il carbonio che viene utilizzato per convertire quasi tutti i tipi di minerale in metallo, oggi. Storicamente, il carbonio è stato carbone o legno, ma nei tempi moderni viene utilizzato principalmente carbonio fossile. Sostanze organiche come il legno e altre forme di biocarbonio non sono forme pure di carbonio, si trovano sul confine tra carbonio e idrogeno. Qui troviamo anche fonti di carbonio biologico non tradizionali come il biogas.

Molti produttori di metalli vedono questi agenti riducenti a base di carbonio come gli agenti riducenti più interessanti perché ci si aspetta che siano in grado di adattarsi agli attuali metodi di produzione, piuttosto che sviluppare processi completamente nuovi. Tuttavia, l'uso di tutti gli agenti riducenti contenenti carbonio porterà alla formazione di CO₂ . Per evitare che ciò comporti un aumento dell'effetto serra, è necessario utilizzare CO₂ -fonti di carbonio neutre (es. biocarbonio) o cattura e immagazzina la CO₂ dai gas di scarico. Se riusciamo a fare entrambe le cose contemporaneamente, possiamo avere CO₂ -processi negativi in ​​futuro, che molti ritengono necessari per raggiungere gli obiettivi climatici. Tuttavia, anche le cosiddette soluzioni carbon neutral hanno un ritardo, poiché occorrono in media 90 anni prima che un nuovo albero cresca e consumi la CO₂ emesso. È troppo tardi per raggiungere gli obiettivi dell'accordo di Parigi.

Necessità di enormi quantità di carbonio

La grande domanda sul carbonio è come sarà l'accesso al biocarbonio in futuro. Inoltre, dobbiamo pensare anche agli impatti sulla biodiversità e ad altri importanti aspetti ambientali. Le quantità di carbonio necessarie nel settore dei metalli sono, sfortunatamente, enormi. Da una prospettiva a lungo termine, il carbonio potrebbe non essere nemmeno l'opzione migliore che possiamo trovare.

L'energia può sostituire gli agenti riducenti?

Nell'angolo in basso a destra della figura, abbiamo l'elettricità. Molti sanno che l'alluminio, ad esempio, è prodotto dall'elettrolisi. Quindi l'elettricità viene utilizzata per ottenere l'ossigeno nel minerale per rilasciare il metallo. Tuttavia, la tecnologia dell'elettrolisi odierna si trova in qualche modo verso l'angolo di carbonio della figura, poiché nell'elettrolisi sono necessari elettrodi di carbonio. Gli elettrodi di carbonio vengono consumati nel processo in modo da combinare effettivamente gli effetti dell'elettricità e del carbonio. Se in futuro potessimo utilizzare altri tipi di elettrodi, e quindi preferibilmente tipi che non vengono utilizzati nel processo, il metallo potrebbe, in teoria, essere prodotto con solo elettricità come agenti riducenti. Oggi, grandi risorse in tutto il mondo vengono spese per inventare nuove soluzioni di elettrodi per diversi processi di elettrolisi per diversi metalli. Gli ottimisti dell'energia immaginano un futuro con grandi quantità di energia rinnovabile disponibili e, se queste previsioni si rivelano corrette, tali processi ad alta intensità energetica diventeranno ancora più attraenti sia dal punto di vista economico che ambientale.

Se osserviamo più da vicino l'angolo elettronico della figura, vediamo che in realtà c'è un'altra possibilità:il plasma. Infatti, se si potessero utilizzare quantità illimitate di energia, sarebbe possibile produrre metallo senza alcun agente riducente diverso dall'energia pulita. Ma poi è necessaria una quantità estrema di energia e questa opzione sarebbe probabilmente possibile solo negli scenari energetici più ottimistici.

Idrogeno molto interessante

Nell'angolo superiore della figura troviamo l'idrogeno. L'idrogeno è particolarmente interessante per molte ragioni, soprattutto perché l'idrogeno è facilmente disponibile in quanto è un sottoprodotto di diversi processi industriali. Sfortunatamente, non è possibile utilizzare tutto l'idrogeno oggi disponibile, principalmente a causa delle sfide legate al trasporto, allo stoccaggio e alla sicurezza. L'idrogeno può anche essere prodotto da gas naturale, biogas o acqua (tramite elettrolisi). Sfortunatamente, tuttavia, l'idrogeno non ha la capacità di convertire tutti i tipi di minerali in metallo, ma forse ci sono modi per combinare l'idrogeno con altri agenti riducenti per renderlo più potente?

L'idrogeno può cooperare

Sul bordo destro del triangolo c'è un'altra alternativa ad alta energia:il plasma di idrogeno. Qui viene aggiunta così tanta energia che gli atomi di idrogeno si sono disintegrati. Il plasma di idrogeno è molto più potente come agente riducente rispetto al normale gas di idrogeno e può essere utilizzato su molti più minerali. Ciò richiede più energia rispetto alle reazioni gassose, ma considerevolmente meno che se il plasma fosse prodotto dal minerale stesso. Un'altra possibilità futura ruota attorno agli elettrodi di gas per i processi di elettrolisi. Qui si può prevedere che l'idrogeno gassoso venga utilizzato come agente riducente in una cella di elettrolisi.

Un altro valido candidato per tali elettrodi di gas è il gas metano. Un gas che attualmente è più facilmente ottenibile dal gas naturale, ma che in futuro potrebbe provenire da fonti biologiche, ovvero il biogas. Il metano può essere un modo per aggiungere idrogeno a un processo o può essere di per sé un agente riducente. La combinazione di idrogeno e carbonio nel metano la rende un'opzione molto interessante per la produzione di metallo in futuro.

Altri gas che possono essere utilizzati per aggiungere idrogeno ai processi sono l'ammoniaca, che, come il metano, è meno esplosiva dell'idrogeno puro e quindi più facile da trasportare e immagazzinare. Ma l'uso del gas come agente riducente pone grandi richieste alla ristrutturazione delle industrie metallurgiche, dove sarebbero necessari lo sviluppo e l'investimento di nuovi tipi di reattori.

I metalli possono produrre metalli?

Dovremmo anche menzionare che molti metalli possono essere un agente riducente per altri metalli, sebbene non sia incluso nella figura qui. Ad esempio, l'alluminio può essere un agente riducente per molti altri metalli e per il silicio. (Il silicio è usato nelle celle solari e nell'elettronica, per esempio). Il problema, però, è che devi prima produrre alluminio, cosa che attualmente non avviene senza CO₂ emissioni. Questa categoria di produzione di metalli dipenderà quindi interamente dalla nostra messa in atto di metodi sia per produrre che per riciclare i nuovi agenti riducenti in modo climaticamente neutro.

Perché non riciclare il carbonio?

Parlando di riciclaggio, il riciclaggio del carbonio è una specie di "Santo Graal". Sarebbe un'opzione estremamente interessante, poiché il carbonio può essere prodotto senza materie prime fossili. Allo stesso tempo, il riciclaggio contribuirebbe a ridurre la pressione sulle fonti di carbonio biologico, come le foreste. Se potessimo catturare CO₂ dal gas di scarico e poi scisso in ossigeno gassoso, che può essere rilasciato, e una forma di carbonio che può essere reinserito in forni e/o celle di elettrolisi, sarebbe stata una soluzione molto interessante.

La sfida è che CO₂ è così incredibilmente stabile che saranno necessarie enormi quantità di energia per dividerlo. La quantità di energia può eventualmente essere leggermente ridotta utilizzando catalizzatori ad alta tecnologia, come particelle contenenti cerio o organismi biologici come alghe o batteri.

In altre parole, ci sono molte alternative diverse che presentano sia vantaggi che svantaggi. Tuttavia, c'è una buona ragione per credere che alcune di queste alternative potrebbero essere la chiave per realizzare un'industria metallurgica climaticamente neutra del futuro. + Esplora ulteriormente

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