Les minéraux qui constituent la base de la société moderne posent également un certain nombre de problèmes. Séparer les métaux que nous voulons des autres métaux demande souvent beaucoup d’énergie et peut laisser derrière lui de grandes quantités de déchets toxiques. Son obtention sous forme pure peut souvent nécessiter un deuxième apport énergétique important, ce qui augmente les émissions de carbone associées.
Une équipe de chercheurs allemands a maintenant compris comment résoudre certains de ces problèmes pour une classe spécifique de déchets miniers générés lors de la production d'aluminium. Leur méthode repose sur l’hydrogène et l’électricité, qui peuvent être obtenues à partir d’énergies renouvelables et en extrayant le fer et éventuellement d’autres métaux des déchets. Ce qui reste peut être toxique mais n’est pas nocif pour l’environnement.
Sortez de la boue
La première étape de la production d’aluminium consiste à isoler l’oxyde d’aluminium des autres matériaux présents dans le minerai. Cela laisse derrière lui une substance connue sous le nom d’argile rouge ; On estime qu'environ 200 millions de tonnes sont produites chaque année. Si la couleur rouge provient des oxydes de fer présents, elle contient de nombreuses autres substances dont certaines peuvent être toxiques. Le processus d’isolation de l’oxyde d’aluminium laisse le matériau avec un pH très basique.
Toutes ces caractéristiques signifient que l’argile rouge ne peut généralement pas (ou du moins ne devrait pas) être rejetée dans l’environnement. Il est généralement conservé dans des bassins de confinement, estimés à l'échelle mondiale à 4 milliards de tonnes d'argile rouge, et plusieurs bassins de confinement ont explosé au fil des années.
Les oxydes de fer peuvent représenter plus de la moitié du poids de l’argile rouge à certains endroits, ce qui en fait une bonne source de fer. Les méthodes traditionnelles traitaient les minerais de fer en les faisant réagir avec du carbone, libérant ainsi du dioxyde de carbone. Mais des efforts ont été déployés pour développer la production d’« acier vert » dans laquelle cette étape est remplacée par une réaction avec l’hydrogène, laissant l’eau comme sous-produit principal. Étant donné que l’hydrogène peut être fabriqué à partir d’eau en utilisant de l’électricité renouvelable, cela pourrait potentiellement éliminer une grande partie des émissions de carbone associées à la production de fer.
L'équipe allemande a décidé de tester la méthode de production d'acier vert sur de l'argile rouge. Ils ont chauffé certains matériaux dans Four à arc électrique Sous une atmosphère composée majoritairement d'argon (qui ne réagit avec rien) et d'hydrogène (10 % du mélange).
Pompage du fer
La réaction a été remarquablement rapide. En quelques minutes, des nodules de fer métallique ont commencé à apparaître dans le mélange. La production de fer est en grande partie terminée en 10 minutes environ. Le fer était remarquablement pur, avec environ 98 pour cent en poids de la matière contenue dans les nodules étant du fer.
Elle a commencé le processus avec un échantillon de 15 grammes d’argile rouge, puis l’a réduit à 8,8 grammes, car une grande partie de l’oxygène contenu dans le matériau était libérée sous forme d’eau. (Il convient de noter que cette eau peut être recyclée pour produire de l'hydrogène, bouclant ainsi la boucle sur cet aspect du processus.) Sur les 8,8 grammes, environ 2,6 (30 %) étaient sous forme de fer.
La recherche a révélé qu’il y avait également quelques petits morceaux de titane relativement pur formés dans le mélange. Il existe donc une opportunité d’utiliser cela pour produire des métaux supplémentaires, même si le processus doit probablement être amélioré pour augmenter la production d’autre chose que le fer.
La bonne nouvelle est qu’il n’y a plus grand-chose d’argile rouge à craindre après cela. Selon la source du minerai contenant de l'aluminium d'origine, une partie de celui-ci peut contenir des concentrations relativement élevées de matériaux précieux, tels que des métaux des terres rares. L’inconvénient est que les toxines présentes dans la matière première d’origine seront nettement plus concentrées.
Petit plus, le procédé neutralise également le pH des résidus restants. C’est donc au moins un souci de moins.
L’inconvénient est que le processus est incroyablement gourmand en énergie, tant pour produire l’hydrogène nécessaire que pour faire fonctionner le four à arc. Le coût de cette énergie rend les choses économiquement difficiles. Ceci est en partie compensé par des coûts de traitement inférieurs, car le minerai a déjà été obtenu et est d'une pureté relativement élevée.
Mais la principale caractéristique de ce système réside dans ses émissions de carbone extrêmement faibles. Actuellement, il n’existe pas de prix pour ces produits dans la plupart des pays, ce qui rend la rentabilité de ce processus beaucoup plus difficile.
Nature, 2024. DOI : 10.1038/s41586-023-06901-z (À propos des identifiants numériques).