L'acier vert de la boue rouge toxique
Un procédé économique utilisant de l'hydrogène vert peut être utilisé pour extraire du fer sans CO2 à partir de la boue rouge générée par la production d'aluminium
La production d'aluminium génère chaque année environ 180 millions de tonnes de boue rouge toxique. Des scientifiques du Max-Planck-Institut für Eisenforschung, un centre de recherche sur le fer, viennent de montrer qu'il est possible de produire de l'acier vert à partir de déchets de production d'aluminium d'une manière relativement simple. Dans un four à arc électrique similaire à ceux utilisés dans l'industrie sidérurgique depuis des décennies, ils transforment l'oxyde de fer contenu dans les boues rouges en fer à l'aide d'un plasma d'hydrogène. Ce procédé permettrait de produire près de 700 millions de tonnes d'aciersans CO2 à partir des quatre milliards de tonnes de boues rouges accumulées à ce jour dans le monde, ce qui correspond à un bon tiers de la production annuelle d'acier dans le monde. Et comme le montre l'équipe de Max Planck, ce procédé serait également économiquement viable.
Selon les prévisions, la demande d'acier et d'aluminium augmentera de 60 % d'ici 2050. Or, la production conventionnelle de ces métaux a un impact considérable sur l'environnement. Huit pour cent des émissions mondiales de CO2 proviennent de l'industrie sidérurgique, ce qui en fait le secteur qui émet le plus de gaz à effet de serre. Par ailleurs, l'industrie du luminium produit chaque année environ 180 millions de tonnes de boue rouge, qui est très alcaline et contient des traces de métaux lourds tels que le chrome. En Australie, au Brésil et en Chine, entre autres, ces déchets sont au mieux séchés et éliminés dans de gigantesques décharges, ce qui entraîne des coûts de traitement élevés. En cas de fortes pluies, la boue rouge est souvent emportée hors de la décharge et, lorsqu'elle sèche, le vent peut la rejeter dans l'environnement sous forme de poussière. En outre, les boues rouges hautement alcalines corrodent les parois en béton des décharges, ce qui entraîne des fuites de boues rouges qui ont déjà déclenché des catastrophes environnementales à plusieurs reprises, par exemple en Chine en 2012 et en Hongrie en 2010. En outre, de grandes quantités de boues rouges sont tout simplement éliminées dans la nature.
Potentiel d'économie de 1,5 milliard de tonnes deCO2 dans l'industrie sidérurgique
"Notre procédé pourrait simultanément résoudre le problème des déchets de la production d'aluminium et améliorer l'empreinte carbone de l'industrie sidérurgique", explique Matic Jovičevič-Klug, qui a joué un rôle clé dans ces travaux en tant que scientifique au Max-Planck-Institut für Eisenforschung. Dans une étude publiée dans la revue Nature, l'équipe montre comment la boue rouge peut être utilisée comme matière première dans l'industrie sidérurgique. En effet, les déchets issus de la production d'aluminium contiennent jusqu'à 60 % d'oxyde de fer. Les scientifiques de Max Planck font fondre la boue rouge dans un four à arc électrique et réduisent simultanément l'oxyde de fer qu'elle contient en fer à l'aide d'un plasma contenant 10 % d'hydrogène. La transformation, appelée réduction par plasma dans le jargon technique, ne dure que dix minutes, au cours desquelles le fer liquide se sépare des oxydes liquides et peut être extrait facilement. Le fer est si pur qu'il peut être transformé directement en acier.
Les oxydes métalliques restants ne sont plus corrosifs et se solidifient en refroidissant pour former un matériau semblable à du verre qui peut être utilisé comme matériau de remplissage dans l'industrie de la construction, par exemple. D'autres groupes de recherche ont produit du fer à partir de boue rouge en utilisant une approche similaire avec du coke, mais cela produit du fer hautement contaminé et de grandes quantités deCO2. L'utilisation de l'hydrogène vert comme agent réducteur permet d'éviter ces émissions de gaz à effet de serre. "Si l'hydrogène vert était utilisé pour produire du fer à partir des quatre milliards de tonnes de boues rouges générées jusqu'à présent par la production mondiale d'aluminium, l'industrie sidérurgique pourrait économiser près de 1,5 milliard de tonnes deCO2", explique Isnaldi Souza Filho, chef du groupe de recherche au Max-Planck-Institut für Eisenforschung.
Un processus économique, y compris avec de l'hydrogène et de l'électricité verts
Les métaux lourds contenus dans les boues rouges peuvent également être pratiquement neutralisés grâce à ce procédé. "Après réduction, nous avons détecté du chrome dans le fer", explique Matic Jovičevič-Klug. "D'autres métaux lourds et précieux sont également susceptibles d'aller dans le fer ou dans une zone séparée. C'est un point que nous examinerons dans le cadre d'études plus approfondies. Les métaux précieux pourraient alors être séparés et réutilisés." Les métaux lourds qui restent dans les oxydes métalliques y sont fermement liés et ne peuvent plus être éliminés par l'eau, comme c'est le cas avec les boues rouges.
Cependant, la production de fer à partir de boues rouges en utilisant directement l'hydrogène n'est pas seulement doublement bénéfique pour l'environnement, elle est également rentable sur le plan économique, comme l'a démontré l'équipe de recherche dans une analyse des coûts. Avec de l'hydrogène et un mélange d'électricité pour le four à arc électrique provenant uniquement de sources partiellement renouvelables, le processus est rentable si la boue rouge contient 50 % d'oxyde de fer ou plus. Si l'on tient également compte des coûts d'élimination des boues rouges, seuls 35 % d'oxyde de fer suffisent pour que le processus soit rentable. Avec de l'hydrogène vert et de l'électricité, aux coûts d'aujourd'hui - en tenant compte également du coût de la mise en décharge des boues rouges - une proportion de 30 à 40 % d'oxyde de fer est nécessaire pour que le fer obtenu soit compétitif sur le marché. "Il s'agit d'estimations prudentes, car les coûts d'élimination des boues rouges sont probablement calculés à un niveau assez bas", précise M. Isnaldi Souza Filho. Il existe un autre avantage d'un point de vue pratique : les fours à arc électrique sont largement utilisés dans l'industrie métallurgique - y compris dans les fonderies d'aluminium - car ils servent à fondre la ferraille. Dans de nombreux cas, l'industrie n'aurait donc qu'à investir légèrement pour devenir plus durable. "Il était important pour nous de prendre en compte les aspects économiques dans notre étude", explique Dierk Raabe, directeur du Max-Planck-Institut für Eisenforschung. "C'est maintenant à l'industrie de décider si elle utilisera la réduction par plasma de la boue rouge en fer.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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