ENGINEERINGNET.BE - Wetenschappers van het Max-Planck-Institut für Eisenforschung toonden aan hoe op een vrij eenvoudige manier groen staal uit dit aluminiumproductieafval geproduceerd kan worden.
In een klassieke vlamboogoven, die al jaren in de staalindustrie wordt gebruikt, zetten ze met behulp van waterstofplasma het ijzeroxide in de rode modder om in ijzer.
Uit de vier miljard ton rode modder die zich wereldwijd heeft opgehoopt zou met dit proces bijna 700 miljoen ton CO2-vrij staal geproduceerd kunnen worden. Dat komt overeen met zowat een derde van de jaarlijkse wereldwijde staalproductie. Het Max Planck-team laat zien dat het proces ook economisch haalbaar is.
De conventionele productie van staal en aluminium heeft een aanzienlijke impact op het milieu. 8% van de mondiale CO2-uitstoot is afkomstig van de staalindustrie. Zij is de sector met de hoogste uitstoot van broeikasgassen. De vraag naar staal en aluminium neemt alleen maar toe. Tegen 2050 zal er wel 60% meer nodig zijn…
De aluminiumindustrie produceert vandaag al jaarlijks ongeveer 180 miljoen ton rode modder. Die is zeer alkalisch (basisch) en bevat bevat silicaten, titaan- en ijzeroxides, die het basische slib de typische rode kleur bezorgen, maar ook zware metalen zoals chroom. Vandaag wordt de rode modder -in Australië, Brazilië en China- op gigantische stortplaatsen gestort.
Niet zonder risico. Als het hevig regent, wordt de rode modder vaak van de stortplaats weggespoeld. Als het droogt, kan de wind het stof rondblazen. De alkalische rode modder tast betonnen muren van de stortplaatsen aan, wat leidt tot lekken en… milieurampen (China 2012, Hongarije 2010).
"Ons proces kan tegelijk het afvalprobleem van de aluminiumproductie oplossen en de ecologische voetafdruk van de staalindustrie verbeteren", zegt Matic Jovičevič-Klug, wetenschapper aan het Max-Planck-Institut für Eisenforschung. Het afval van de aluminiumproductie kan voor wel 60 procent uit ijzeroxide bestaan.
De wetenschappers smelten de rode modder in een vlamboogoven. Tegelijkertijd reduceren ze het daarin aanwezige ijzeroxide tot ijzer met behulp van een plasma dat tien procent waterstof bevat.
Deze plasmareductie vergt nauwelijks tien minuten. Het vloeibare ijzer scheidt zich van de vloeibare oxiden en kan vervolgens worden geëxtraheerd. Het ijzer is zo zuiver dat het direct tot staal kan worden verwerkt.
De overige metaaloxiden zijn niet meer corrosief en stollen bij afkoeling tot een glasachtig materiaal dat bijvoorbeeld als vulmateriaal in de bouw kan worden gebruikt.
Andere onderzoeksgroepen hebben op een vergelijkbare manier met cokes ijzer uit rode modder geproduceerd, maar dat leverde sterk vervuild ijzer en grote hoeveelheden CO2 op. Door groene waterstof als reductiemiddel te gebruiken, wordt de uitstoot van broeikasgassen vermeden.
“Als groene waterstof zou worden gebruikt om ijzer te produceren uit de vier miljard ton rode modder die tot nu toe is gegenereerd bij de wereldwijde aluminiumproductie, zou de staalindustrie bijna 1,5 miljard ton CO2 kunnen besparen”, rekent Isnaldi Souza Filho, leider van de onderzoeksgroep aan het Max-Planck-Institut für Eisenforschung.
Ook zijn de zware metalen in de rode modder met dit proces vrijwel te neutraliseren. "Na reductie ontdekten we chroom in het ijzer", zegt Matic Jovičevič-Klug. “Andere zware en edele metalen zullen waarschijnlijk ook in het ijzer terechtkomen. Dat gaan we verder onderzoeken. Waardevolle metalen zouden dan gescheiden en hergebruikt kunnen worden.”
Het onderzoeksteam toont in een kostenanalyse aan dat het rechtstreeks produceren van ijzer uit rode modder met behulp van waterstof ook economisch loont. Als de rode modder 50 procent ijzeroxide of meer bevat is het proces met waterstof en een elektriciteitsmix (voor de vlamboogoven) uit slechts gedeeltelijk hernieuwbare bronnen al de moeite waard. Worden ook de kosten voor het afvoeren van de rode modder in rekening gebracht, dan is slechts 35 procent ijzeroxide voldoende om het proces economisch haalbaar te maken.
Met groene waterstof en elektriciteit is tegen de huidige kosten –ook rekening houdend met de kosten van het storten van de rode modder– een aandeel van 30 tot 40 procent ijzeroxide nodig om het resulterende ijzer concurrerend te laten zijn op de markt.
“Dit zijn conservatieve schattingen omdat de kosten voor het afvoeren van de rode modder waarschijnlijk onderschat worden”, zegt Isnaldi Souza Filho.
Vlamboogovens worden veel gebruikt in de metaalindustrie en bij aluminiumsmelters om schroot te smelten. In veel gevallen zou de industrie dus maar weinig hoeven te investeren om veel duurzamer te worden.
Zie ook: Rode modder: van afval tot bouwmateriaal
