Mineralai, sudarantys šiuolaikinės visuomenės pagrindą, taip pat sukelia nemažai problemų. Norimų metalų atskyrimas nuo kitų metalų dažnai reikalauja daug energijos ir gali palikti daug nuodingų atliekų. Norint jį gauti gryna forma, dažnai gali prireikti antros ir didelės energijos sąnaudos, o tai padidina susijusį anglies dvideginio išmetimą.

Mokslininkų grupė iš Vokietijos dabar išsiaiškino, kaip išspręsti kai kurias iš šių problemų, susijusių su konkrečios klasės kasybos atliekomis, susidariusiomis aliuminio gamybos metu. Jų metodas pagrįstas vandeniliu ir elektra, kuriuos galima gauti iš atsinaujinančios energijos ir iš atliekų išgaunant geležį ir galbūt kitus metalus. Tai, kas lieka, gali būti toksiška, bet nekenksminga aplinkai.

Išlipk iš purvo

Pirmasis aliuminio gamybos žingsnis yra aliuminio oksido izoliavimas nuo kitų rūdoje esančių medžiagų. Tai palieka medžiagą, žinomą kaip raudonasis molis; Skaičiuojama, kad kasmet pagaminama apie 200 mln. Nors raudona spalva atsiranda dėl esamų geležies oksidų, joje yra daug kitų medžiagų, kai kurios iš jų gali būti toksiškos. Aliuminio oksido išskyrimo procesas palieka medžiagai labai bazinį pH.

Visos šios savybės reiškia, kad raudonojo molio paprastai negalima (arba bent jau neturėtų) grąžinti į aplinką. Paprastai jis laikomas izoliavimo tvenkiniuose, kuriuose visame pasaulyje yra 4 milijardai tonų raudonojo molio, o keli izoliavimo tvenkiniai bėgant metams sprogo.

Kai kuriose vietose geležies oksidai gali sudaryti daugiau nei pusę raudonojo molio svorio, todėl tai yra geras geležies šaltinis. Tradiciniais metodais geležies rūdos buvo apdorojamos reaguodamos su anglimi, išskirdamos anglies dioksidą. Tačiau buvo stengiamasi plėtoti „žaliojo plieno“ gamybą, kurioje šis etapas pakeičiamas reakcija su vandeniliu, paliekant vandenį kaip pagrindinį šalutinį produktą. Kadangi vandenilis gali būti pagamintas iš vandens naudojant atsinaujinančią elektros energiją, tai gali pašalinti daug anglies emisijų, susijusių su geležies gamyba.

Vokiečių komanda nusprendė išbandyti žaliojo plieno gamybos metodą ant raudono molio. Kai kurias medžiagas jie įkaitino Elektrinė lankinė krosnis Atmosferoje, kurioje daugiausia buvo argonas (kuris su niekuo nereaguoja) ir vandenilis (10 procentų mišinio).

Geležies siurbimas (išsiurbimas).

Reakcija buvo nepaprastai greita. Po kelių minučių mišinyje pradėjo atsirasti metalinių geležies mazgų. Geležies gamyba iš esmės baigiama maždaug per 10 minučių. Geležis buvo nepaprastai gryna, o maždaug 98 procentai mazgeliuose esančios medžiagos masės buvo geležis.

Ji pradėjo procesą nuo 15 gramų raudonojo molio mėginio, o vėliau jį sumažino iki 8,8 gramo, nes daug deguonies iš medžiagos išsiskyrė kaip vanduo. (Verta pažymėti, kad šį vandenį galima perdirbti atgal, kad susidarytų vandenilis, taip uždarant šį proceso aspektą.) Iš 8,8 gramų apie 2,6 (30 procentų) buvo geležies pavidalu.

Tyrimas parodė, kad mišinyje taip pat susidarė nedideli palyginti gryno titano gabalėliai. Todėl yra galimybė tai panaudoti gaminant papildomus metalus, nors tikriausiai reikia patobulinti procesą, kad padidėtų ne geležies gamyba.

Geros naujienos yra tai, kad po to nėra daug raudonojo molio, dėl kurio jaudintis. Priklausomai nuo pradinės aliuminio turinčios rūdos šaltinio, kai kuriose iš jų gali būti palyginti didelės vertingų medžiagų, pvz., retųjų žemių metalų, koncentracijos. Neigiama yra tai, kad bet kokie toksinai pirminėje žaliavoje bus žymiai labiau koncentruoti.

Kaip mažas pliusas, procesas taip pat neutralizuoja likusių likučių pH. Taigi, tai bent vienu dalyku mažiau nerimauti.

Neigiama yra tai, kad procesas yra nepaprastai daug energijos reikalaujantis tiek gaminant reikiamą vandenilį, tiek eksploatuojant lankinę krosnį. Dėl šios energijos sąnaudų viskas ekonomiškai sudėtinga. Tai iš dalies kompensuoja mažesnės perdirbimo sąnaudos, nes rūda jau buvo gauta ir yra gana aukšto grynumo.

Tačiau pagrindinis jo bruožas yra itin mažas anglies dvideginio išmetimas. Šiuo metu daugumoje šalių šių gaminių kainos nėra nustatytos, todėl šio proceso ekonomika yra daug sunkesnė.

Gamta, 2024 m. DOI: 10.1038/s41586-023-06901-z (Apie skaitmeninius ID).