A maioria das pessoas sabe que os metais são feitos de minério, mas como fazemos ouro a partir de cascalho? Esse é o processo que devemos entender para podermos tornar a indústria metalúrgica amiga do clima. Aqui estão algumas alternativas para CO₂ -produção de metal livre.
Para alcançar a "mudança verde", o mundo precisa de novos materiais, principalmente metais. Hoje, o carbono é particularmente popular na indústria metalúrgica porque tem a capacidade de remover o oxigênio do minério para que possamos retirar o metal. Nesse processo, CO₂ se forma, o gás de efeito estufa que devemos evitar no futuro. Neste momento, começamos a tarefa de encontrar outras maneiras de extrair metais, mas quais alternativas realmente temos?

Para garantir um futuro com o desenvolvimento de energia solar e eólica, estradas e cidades à prova de intempéries em todo o mundo, devemos ser capazes de produzir metais de maneira segura, neutra em relação ao clima e responsável. É claro que devemos melhorar o manuseio e a reutilização ou reciclagem de resíduos contendo metais, mas isso não será suficiente. Se quisermos alcançar a mudança verde, também globalmente, o mundo precisa de novos metais. Hoje, a indústria metalúrgica emite gases de efeito estufa e na Noruega é responsável por 10% do total de CO₂ emissões. Portanto, é urgente encontrar novas oportunidades para alternativas mais amigáveis ​​ao clima para os processos atuais.

Três chaves para a futura produção de metal

A figura mostra as substâncias que têm a capacidade de remover o oxigênio dos minérios, são chamadas de agentes redutores. No canto inferior esquerdo da figura, vemos o carbono que hoje é usado para converter quase todos os tipos de minério em metal. Historicamente, o carbono tem sido carvão ou madeira, mas nos tempos modernos é principalmente carbono fóssil que é usado. Substâncias orgânicas como madeira e outras formas de biocarbono não são formas puras de carbono, elas são encontradas na linha entre carbono e hidrogênio. Aqui também encontramos fontes biológicas de carbono não tradicionais, como o biogás.

Muitos produtores de metais veem esses agentes redutores à base de carbono como os agentes redutores mais interessantes, pois espera-se que sejam capazes de se adaptar aos métodos de produção atuais, em vez de desenvolver processos completamente novos. No entanto, o uso de todos os agentes redutores contendo carbono levará à formação de CO₂ . Para evitar que isso leve a um aumento do efeito estufa, deve-se usar CO₂ -fontes de carbono neutras (por exemplo, biocarbono) ou capturar e armazenar o CO₂ dos gases de escape. Se conseguirmos fazer as duas coisas ao mesmo tempo, podemos ter CO₂ -processos negativos no futuro, que muitos acreditam serem necessários para atingir as metas climáticas. No entanto, as chamadas soluções neutras em carbono também têm um atraso, pois leva em média 90 anos para uma nova árvore crescer e consumir o CO₂ emitido. É tarde demais para alcançar os objetivos do Acordo de Paris.

Uma necessidade de grandes quantidades de carbono

A grande questão em relação ao carbono é como será o acesso ao biocarbono no futuro. Além disso, também devemos pensar nos impactos sobre a biodiversidade e outros aspectos ambientais importantes. As quantidades de carbono necessárias no setor metalúrgico são, infelizmente, enormes. De uma perspectiva de longo prazo, o carbono pode nem ser a melhor opção que podemos encontrar.

A energia pode substituir os agentes redutores?

No canto inferior direito da figura, temos eletricidade. Muitos sabem que o alumínio, por exemplo, é feito por eletrólise. Em seguida, a eletricidade é usada para fazer com que o oxigênio no minério libere o metal. No entanto, a tecnologia de eletrólise de hoje está um pouco no canto de carbono da figura, pois eletrodos feitos de carbono são necessários na eletrólise. Os eletrodos de carbono são consumidos no processo para que realmente se combinem os efeitos da eletricidade e do carbono. Se no futuro pudermos usar outros tipos de eletrodos e, de preferência, tipos que não sejam usados ​​no processo, o metal poderia, em teoria, ser feito apenas com eletricidade como agente redutor. Hoje, grandes recursos em todo o mundo são gastos na invenção de novas soluções de eletrodos para diferentes processos de eletrólise para diferentes metais. Os otimistas em energia vislumbram um futuro com grandes quantidades de energia renovável disponíveis e, se essas previsões se confirmarem, esses processos intensivos em energia se tornarão ainda mais atraentes do ponto de vista econômico e ambiental.

Se dermos uma olhada mais de perto no canto do elétron da figura, veremos que existe realmente outra possibilidade ali:plasma. De fato, se quantidades ilimitadas de energia pudessem ser usadas, seria possível fazer metal sem nenhum agente redutor além da energia limpa. Mas então é necessária uma quantidade extrema de energia, e essa opção provavelmente só seria possível nos cenários de energia mais otimistas.

Hidrogênio altamente interessante

No canto superior da figura, encontramos o hidrogênio. O hidrogênio é particularmente interessante por muitas razões, especialmente porque o hidrogênio está prontamente disponível, pois é um subproduto de vários processos industriais diferentes. Infelizmente, não é possível usar todo o hidrogênio disponível hoje, principalmente devido aos desafios relacionados ao transporte, armazenamento e segurança. O hidrogênio também pode ser feito a partir de gás natural, biogás ou água (via eletrólise). Infelizmente, porém, o hidrogênio não tem a capacidade de converter todos os tipos de minérios em metal, mas talvez existam maneiras de combinar o hidrogênio com outros agentes redutores para torná-lo mais potente?

O hidrogênio pode cooperar

Na borda direita do triângulo há outra alternativa de alta energia:plasma de hidrogênio. Aqui, tanta energia é adicionada que os átomos de hidrogênio se desintegraram. O plasma de hidrogênio é muito mais potente como agente redutor do que o gás hidrogênio comum e pode ser usado em muitos outros minérios. Isso requer mais energia do que para reações de gás, mas consideravelmente menos do que se o plasma fosse feito do próprio minério. Outra possibilidade futura gira em torno de eletrodos de gás para processos de eletrólise. Aqui pode ser considerado que o gás hidrogênio é usado como agente redutor em uma célula de eletrólise.

Outro forte candidato para esses eletrodos de gás é o gás metano. Um gás que atualmente é mais facilmente obtido a partir do gás natural, mas que no futuro pode vir de fontes biológicas, ou seja, o biogás. O metano pode ser uma maneira de adicionar hidrogênio a um processo ou pode ser um agente redutor em si. A combinação de hidrogênio e carbono no metano torna esta opção muito interessante para a fabricação de metal no futuro.

Outros gases que podem ser usados ​​para adicionar hidrogênio aos processos são a amônia, que, como o metano, é menos explosiva que o hidrogênio puro e, portanto, mais fácil de transportar e armazenar. Mas o uso do gás como agente redutor impõe grandes demandas na reestruturação das indústrias metalúrgicas, onde seria necessário o desenvolvimento e investimento de novos tipos de reatores.

Metais podem produzir metais?

Devemos também mencionar que muitos metais podem ser um agente redutor para outros metais, embora não esteja incluído na figura aqui. Por exemplo, o alumínio pode ser um agente redutor para muitos outros metais e para o silício. (O silício é usado em células solares e eletrônicos, por exemplo). O problema com isso, porém, é que primeiro você precisa produzir alumínio, o que atualmente não acontece sem CO₂ emissões. Essa categoria de produção de metal dependerá, portanto, inteiramente de implementarmos métodos para fabricar e reciclar os novos agentes redutores de maneira neutra em relação ao clima.

Por que não reciclar o carbono?

Falando em reciclagem, reciclar carbono é uma espécie de "santo graal". Seria uma opção extremamente interessante, pois o carbono pode ser produzido sem matérias-primas fósseis. Ao mesmo tempo, a reciclagem ajudaria a reduzir a pressão sobre as fontes biológicas de carbono, como as florestas. Se pudéssemos capturar CO₂ do gás de exaustão e, em seguida, dividi-lo em gás oxigênio, que pode ser liberado, e uma forma de carbono que pode ser colocada de volta em fornos e/ou células de eletrólise, teria sido uma solução muito atraente.

O desafio é que o CO₂ é tão incrivelmente estável que enormes quantidades de energia serão necessárias para dividi-lo. A quantidade de energia pode ser ligeiramente reduzida usando catalisadores de alta tecnologia, como partículas contendo cério ou organismos biológicos, como algas ou bactérias.

Em outras palavras, existem muitas alternativas diferentes, todas com vantagens e desvantagens. No entanto, há uma boa razão para acreditar que algumas dessas alternativas podem ser a chave para a realização de uma indústria metalúrgica neutra para o clima no futuro. + Explorar mais

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