Depois do ferro, o metal usado com mais frequência:94 toneladas de alumínio são produzidas eletroliticamente em todo o mundo todos os anos. Até agora, a eletricidade para isso veio de usinas hidrelétricas, mas freqüentemente também de usinas convencionais. Na média, a produção de uma tonelada de alumínio na Alemanha, portanto, gera mais de oito toneladas de CO 2 . Crédito:123RF
Seis por cento do CO global 2 emissões — 4.4. bilhões de toneladas por ano - são atualmente produzidas pela indústria de aço e alumínio. Em um artigo de visão geral para a revista Natureza , Dierk Raabe, Diretor do Max-Planck-Institut für Eisenforschung em Düsseldorf, e cientistas do MIT em Cambridge Massachusetts descrevem como o imenso CO 2 a pegada na produção e uso de metal pode ser reduzida. Por um lado, eles propõem medidas que podem ser implementadas rapidamente e com relativamente pouco esforço. Por outro lado, eles formulam objetivos de longo prazo que só podem ser alcançados com a ajuda de uma pesquisa básica abrangente.
As sociedades modernas dificilmente seriam capazes de funcionar sem metais:sozinhos 1,7 bilhão de toneladas de aço e 94 milhões de toneladas de alumínio são produzidos por ano. Eles literalmente apoiam a produção industrial, edifícios, e transporte, bem como fornecimento de energia, telecomunicações, e remédios. E em 2050, a quantidade de materiais metálicos produzidos e usados anualmente pode mais uma vez dobrar - e até triplicar - para alguns materiais. Contudo, extrair metais de minérios é extremamente intensivo em energia e produz grandes quantidades de CO 2 emissões, contribuindo assim para a mudança climática. Os produtores de aço e alumínio emitem 30% dos gases de efeito estufa emitidos por empresas industriais em todo o mundo. “Devemos reduzir esses CO industriais 2 emissões, "diz Dierk Raabe." E a indústria de metais pode dar uma contribuição significativa. "Até porque as nações industrializadas querem ser amplamente neutras em termos de clima (ou seja, ter um CO positivo 2 saldo) a partir de 2050.
Crescente demanda por materiais metálicos e decréscimo de CO 2 orçamento:para reconciliar esses cenários, Dierk Raabe analisa como reduzir o CO 2 emissões na indústria de metal junto com os pesquisadores do MIT C. Cem Tasan e Elsa A. Olivetti. "Esta é uma tarefa para ambos, indústria e pesquisa básica, "diz o cientista Max Planck." Para começar, a indústria de metal já tem oportunidades de reduzir efetivamente o CO 2 A curto prazo. Contudo, ainda existem muitas áreas potenciais para a pesquisa básica no desenvolvimento de ligas sustentáveis. "Os cientistas lançaram luz sobre cinco campos nos quais as empresas industriais e os pesquisadores podem - e devem - se tornar ativos:
Mais sustentabilidade na produção e processamento
A fim de reduzir o CO 2 emissões na produção, a indústria deve reciclar mais sucata. Derreter um metal consome consideravelmente menos energia do que extraí-lo de seu minério. “Isso se aplica sobretudo aos resíduos gerados na própria indústria metalúrgica, pois envolvem grandes quantidades, e eles podem ser separados de forma relativamente homogênea, "diz Dierk Raabe.
Na produção de metais e suas ligas, CO 2 -processos neutros são cada vez mais necessários. Desta maneira, os respectivos minérios podem ser reduzidos eletroliticamente diretamente aos metais correspondentes com eletricidade regenerada. Contudo, os metais também podem ser obtidos no todo ou em parte com o auxílio do hidrogênio regenerativo.
As empresas também podem economizar muita energia e, portanto, CO 2 ao processar metais, especialmente reduzindo as perdas consideráveis que ocorrem em todas as fases. Por exemplo, 40% do alumínio fundido é perdido antes mesmo de se tornar uma folha de metal. No caso do aço, essa sucata chega a 25% no início do processamento.
A indústria do aço está buscando mudanças sustentáveis:o ferro ainda é amplamente produzido hoje em altos-fornos e com o carvão como agente redutor. No futuro, hidrogênio produzido regenerativamente poderia ser usado inicialmente, mas, a longo prazo, os altos-fornos devem até ser substituídos por células de eletrólise - se a eletricidade vier de fontes regenerativas. Crédito:123RF
A cidade como mina:triagem e reciclagem
Para poder aumentar a proporção de metal reciclado, a sucata deve ser melhor classificada, uma vez que uma liga só cumpre sua função se não contiver muitas impurezas. A reciclagem, portanto, precisa de técnicas sofisticadas para identificar, separado, limpar, e ligas de esmagamento. Antes que esses processos sejam aperfeiçoados e competitivos, pesquisas para a indústria de metal poderiam desenvolver ligas cujas propriedades dificilmente - ou absolutamente - afetadas por impurezas. Os metalúrgicos se dedicam cada vez mais a melhorar as possibilidades de reciclagem.
Design de liga sustentável para materiais recicláveis
Por um lado, os pesquisadores já estão investigando ligas para várias aplicações cujas propriedades não são significativamente afetadas por impurezas. Contudo, eles devem primeiro entender como os menores traços de outros elementos podem afetar uma liga na qual eles não deveriam realmente ocorrer. Por outro lado, cientistas de materiais estão refinando as possibilidades de controlar o comportamento de materiais metálicos não apenas por sua composição química, mas também por sua micro e nanoestrutura. Quando o número de ligas que diferem quimicamente diminui, torna-se mais fácil separar e reciclar sucata. Em uma direção semelhante, esforços estão sendo feitos para compor crossover ou ligas unitárias. Essas ligas devem ser capazes de realizar várias tarefas para as quais materiais especializados foram desenvolvidos anteriormente. "A pesquisa em materiais metálicos está enfrentando uma mudança de paradigma, "diz Dierk Raabe." Até agora, ligas foram otimizadas para uso único. Ainda, no futuro, teremos que colocar mais consideração na reciclabilidade ao projetar a composição e as propriedades. "
Vida útil mais longa graças à proteção contra corrosão e uso repetido
A pegada ecológica da indústria de metal pode ser drasticamente reduzida simplesmente tornando as ligas (ou os componentes feitos a partir delas) mais duráveis. Menos metais terão que ser produzidos para substituí-los. "Sobre tudo, a proteção contra corrosão teria um grande efeito aqui, "diz Dierk Raabe. A indústria de metal e os cientistas de materiais lidam com diferentes tipos de corrosão, dependendo de qual metal está envolvido e em qual ambiente químico um material é usado. Isso varia de ferrugem convencional ou outras formas de corrosão eletroquímica ao desgaste causado por mecânica pesada e fragilização por hidrogênio. Os esforços para combatê-los são tão variados quanto os próprios efeitos corrosivos. A indústria protege muitos metais da decomposição eletroquímica com ânodos de sacrifício (o material dos quais é corroído primeiro). Os cientistas de materiais também estão investigando ligas que curam rachaduras e outros se danificam alterando sua microestrutura. Também estão desenvolvendo revestimentos que podem eliminar (ou pelo menos mitigar) os danos da corrosão.
Corroído pelo hidrogênio:na fragilização por hidrogênio, o elemento perfura metais para que fissuras se formem muito rapidamente e o material se quebre. Se hidrogênio, cujas minúsculas moléculas penetram em muitos materiais, é cada vez mais usado no futuro, esta forma de corrosão pode se tornar um problema ainda maior. Crédito:MPI für Eisenforschung
Contudo, nem todos os componentes metálicos são descartados ou substituídos porque estão gastos ou corroídos. Freqüentemente, eles devem ceder por razões econômicas. Usá-los em outro lugar sem primeiro derretê-los e depois produzir o mesmo componente novamente também economizaria muita energia. “Para criar cadeias de reciclagem adequadas, incentivos apropriados devem ser definidos no nível político, "diz Dierk Raabe.
Eficiência energética por meio de construção leve e melhor resistência à temperatura
O equilíbrio ecológico dos próprios produtos metálicos pode ser melhorado usando-os o máximo possível. Contudo, energia também pode ser economizada se o design dos materiais e componentes for otimizado de acordo. Por exemplo, carros com carrocerias mais leves consomem menos combustível, e turbinas que podem operar em temperaturas mais altas geram eletricidade mais eficiente a partir do calor dos combustíveis fósseis. Em alguns casos, a eficiência da aplicação ainda pode ser melhorada pelo design dos componentes; A impressão 3-D cria novas possibilidades aqui. Em muitos casos, Contudo, os metalúrgicos são mais uma vez chamados a desenvolver ligas adequadas. Ao alterar a composição e a microestrutura, eles podem aumentar a resistência dos materiais, reduzir sua densidade, ou aumentar sua resistência a altas temperaturas.
“Os materiais metálicos são indispensáveis em uma economia moderna, "resume Dierk Raabe." Felizmente, temos inúmeras oportunidades de torná-los aptos para um ambiente sustentável - e, acima de tudo, CO 2 -neutro — economia. "
