研究者らは、水素を使用してアルミニウムの製造中に生成される有毒な赤泥を溶かし、約10分で生の鋼を製造する経済的に実現可能な方法を設計しました。これにより、鉄鋼およびアルミニウム産業の環境への影響が軽減されます。
アルミニウム産業では、毎年約 1 億 9,800 万トン（約 1 億 8,000 万トン）のボーキサイト残渣「赤泥」が生成されますが、この赤泥はアルカリ性が高く、有毒な重金属を豊富に含むため、非常に腐食性が高くなります。オーストラリア、中国、ブラジルなどの国では、残った赤泥が広大な埋め立て地に捨てられることが多く、処分には費用がかかる。鉄鋼産業は環境に深刻なダメージを与えており、世界の総二酸化炭素排出量の 8% を占めています。しかし、鉄鋼とアルミニウムの需要は 2050 年までに最大 60% 増加すると予想されています。
しかし、ドイツのマックス・プランク・アイゼンフォルシュング研究所の科学者らは、アルミニウム生産から出る有毒な赤泥副産物をグリーンスチールに変える方法を持っているかもしれない。
「私たちのプロセスは、アルミニウム生産におけるスクラップ問題を解決すると同時に、鉄鋼業界の二酸化炭素排出量を改善することができます」と研究の筆頭著者であるマティッチ・ヨヴィセビッチ・クルーガー氏は述べた。 「アルミニウム生産におけるスクラップ問題を解決し、鉄鋼業界の二酸化炭素排出量を同時に改善します。」
赤泥には最大 60% の酸化鉄が含まれています。 10% の水素を含むプラズマを使用して赤泥を電気アーク炉で溶かすと、液体鉄と液体酸化物に還元され、鉄を簡単に抽出できます。研究者らによると、プラズマ還元技術の所要時間はわずか 10 分で、生成される鉄は直接鋼に加工できるほど純粋だという。金属酸化物は腐食性がなくなり、冷却すると固化するため、建設業界で充填材として使用できるガラス状の材料に変化します。
他の研究者は、コークスを使用して赤泥から鉄を製造する同様の方法を使用しました。しかし、この方法では鉄がひどく汚染され、大量の二酸化炭素が生成されます。新しい研究で使用された方法は、グリーン水素を還元剤として使用することにより、これらの温室効果ガスの排出を回避します。
この研究の責任著者であるイスナルディ・ソウザ・フィリョ氏は、「これまで世界のアルミニウム生産で生成された40億トンの赤泥から鉄を抽出するためにグリーン水素が使用されれば、鉄鋼業界は約15億トンの二酸化炭素を節約できる可能性がある」と述べた。
この工程により、赤泥に元々含まれていた有害な重金属が「ほぼ中和」されます。残った重金属は金属酸化物にしっかりと結合しており、埋め立て地に残された赤泥のように水で洗い流されることはありません。
「還元後、鉄からクロムが検出されました。他の重金属や貴金属も鉄または別のゾーンに移動した可能性があります。これについてはさらなる研究で調査します。貴重な金属は分離して再利用できます。」とヨヴィチェヴィッチ＝クルグ氏は述べています。
研究者らは、グリーン水素を直接使用して赤泥から鉄を製造することは、環境にとって「二重の利益」をもたらすだけでなく、非常に経済的であると述べている。彼らの計算によれば、赤泥に 35% の酸化鉄が含まれていれば、このプロセスを経済的にするには十分だという。現在の価格でのグリーン水素と電気炉の電気のコストに、赤泥の埋め立てコストを加えて計算すると、生産される鉄が市場で競争力を持つためには、赤泥中の酸化鉄の割合が 30% ～ 40% に達する必要がある。
赤泥の処理コストはかなり低く計算される可能性が高いため、これらは控えめな見積もりです。さらに、電気アーク炉はアルミニウム精錬所を含む金属産業で広く使用されており、限られた投資でより高い持続可能性を実現できます。
この研究の共著者であるディーク・ラーベ氏は、「我々の研究では、経済的要因を考慮することも重要だった。赤泥中の鉄を還元するためにプラズマを使用するかどうかは、産業界の判断に委ねられている」と述べた。
研究はNature誌に掲載された。