A produção de alumínio gera cerca de 180 milhões de toneladas de lama vermelha tóxica todos os anos. Cientistas do Max-Planck-Institut für Eisenforschung, um centro de pesquisa em ferro, mostraram agora como o aço verde pode ser produzido a partir de resíduos da produção de alumínio de uma forma relativamente simples. Em um forno elétrico a arco semelhante aos usados ​​na indústria siderúrgica há décadas, eles convertem o óxido de ferro contido na lama vermelha em ferro usando plasma de hidrogênio.



Com este processo, quase 700 milhões de toneladas de CO₂ O aço livre poderia ser produzido a partir dos 4 mil milhões de toneladas de lama vermelha que se acumularam em todo o mundo até à data – o que corresponde a um bom terço da produção anual de aço em todo o mundo. Como mostra a equipe de Max Planck, o processo também seria economicamente viável.

De acordo com as previsões, a procura de aço e alumínio aumentará até 60% até 2050. No entanto, a produção convencional destes metais tem um impacto considerável no ambiente. Oito por cento do CO₂ global as emissões provêm da indústria siderúrgica, tornando-a o setor com as maiores emissões de gases com efeito de estufa. Enquanto isso, a indústria do alumínio produz cerca de 180 milhões de toneladas de lama vermelha todos os anos, que é altamente alcalina e contém vestígios de metais pesados, como o cromo.

Na Austrália, no Brasil e na China, entre outros, estes resíduos são, na melhor das hipóteses, secos e eliminados em aterros gigantescos, resultando em elevados custos de processamento. Quando chove muito, a lama vermelha é frequentemente removida do aterro e, quando seca, o vento pode jogá-la no meio ambiente na forma de poeira.

Além disso, a lama vermelha altamente alcalina corrói as paredes de betão dos aterros, resultando em fugas de lama vermelha que já desencadearam desastres ambientais em diversas ocasiões, por exemplo na China em 2012 e na Hungria em 2010. Além disso, grandes quantidades de lama vermelha a lama também é simplesmente descartada na natureza.

Potencial para economizar 1,5 bilhão de toneladas de CO₂ na indústria siderúrgica

“Nosso processo poderia simultaneamente resolver o problema dos resíduos da produção de alumínio e melhorar a pegada de carbono da indústria siderúrgica”, diz Matic Jovičevič-Klug, que desempenhou um papel fundamental no trabalho como cientista no Max-Planck-Institut für Eisenforschung. Em um estudo publicado na revista Nature , a equipe mostra como a lama vermelha pode ser utilizada como matéria-prima na indústria siderúrgica. Isso ocorre porque os resíduos da produção de alumínio consistem em até 60% de óxido de ferro.

Os cientistas do Max Planck derretem a lama vermelha em um forno elétrico a arco e simultaneamente reduzem o óxido de ferro contido em ferro usando um plasma que contém 10% de hidrogênio. A transformação, conhecida no jargão técnico como redução de plasma, leva apenas dez minutos, durante os quais o ferro líquido se separa dos óxidos líquidos e pode então ser facilmente extraído. O ferro é tão puro que pode ser processado diretamente em aço.

Os óxidos metálicos restantes não são mais corrosivos e solidificam ao serem resfriados para formar um material semelhante ao vidro que pode ser usado como material de enchimento na indústria da construção, por exemplo. Outros grupos de pesquisa produziram ferro a partir de lama vermelha usando uma abordagem semelhante ao coque, mas isso produz ferro altamente contaminado e grandes quantidades de CO₂ . A utilização do hidrogénio verde como agente redutor evita estas emissões de gases com efeito de estufa.

“Se o hidrogénio verde fosse utilizado para produzir ferro a partir dos 4 mil milhões de toneladas de lama vermelha que foram geradas na produção global de alumínio até à data, a indústria siderúrgica poderia poupar quase 1,5 mil milhões de toneladas de CO₂ ”, afirma Isnaldi Souza Filho, líder do grupo de pesquisa do Max-Planck-Institut für Eisenforschung.

Um processo econômico, inclusive com hidrogênio verde e eletricidade

Os metais pesados ​​na lama vermelha também podem ser virtualmente neutralizados usando o processo. “Após a redução, detectamos cromo no ferro”, diz Jovičevič-Klug. "Outros metais pesados ​​e preciosos também provavelmente irão para o ferro ou para uma área separada. Isso é algo que investigaremos em estudos posteriores. Metais valiosos poderiam então ser separados e reutilizados."

Além disso, os metais pesados ​​que permanecem nos óxidos metálicos ficam firmemente ligados a eles e não podem mais ser lavados com água, como pode acontecer com a lama vermelha.

No entanto, produzir ferro a partir de lama vermelha diretamente usando hidrogênio não só beneficia duas vezes o meio ambiente; também compensa economicamente, como demonstrou a equipa de investigação numa análise de custos. Com hidrogénio e uma mistura de electricidade para o forno eléctrico a arco proveniente apenas de fontes parcialmente renováveis, o processo vale a pena, se a lama vermelha contiver 50% de óxido de ferro ou mais.

Se considerarmos também os custos de descarte da lama vermelha, apenas 35% de óxido de ferro são suficientes para tornar o processo econômico. Com o hidrogénio verde e a electricidade, aos custos actuais – tendo também em conta o custo de deposição da lama vermelha em aterro – é necessária uma proporção de 30 a 40% de óxido de ferro para que o ferro resultante seja competitivo no mercado.

“São estimativas conservadoras porque os custos para o descarte da lama vermelha provavelmente são calculados de forma bastante baixa”, diz Isnaldi Souza Filho. E há outra vantagem do ponto de vista prático:os fornos elétricos a arco são amplamente utilizados na indústria metalúrgica – inclusive nas fundições de alumínio – pois são usados ​​para derreter sucata. Em muitos casos, a indústria precisaria, portanto, de investir apenas um pouco para se tornar mais sustentável.

“Era importante para nós considerar também os aspectos económicos no nosso estudo”, afirma Dierk Raabe, Diretor do Max-Planck-Institut für Eisenforschung. "Agora cabe à indústria decidir se utilizará a redução plasmática da lama vermelha em ferro."

Mais informações: Matic Jovičević-Klug et al, Aço verde a partir da lama vermelha através da redução do plasma de hidrogênio neutro para o clima, Natureza (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06901-z
Informações do diário: Natureza

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