المعادن التي تشكل أساس المجتمع الحديث تطرح أيضًا عددًا من المشاكل. غالبًا ما يتطلب فصل المعادن التي نريدها عن المعادن الأخرى الكثير من الطاقة ويمكن أن يترك وراءه كميات كبيرة من النفايات السامة. والحصول عليها في شكل نقي يمكن أن يتطلب في كثير من الأحيان مدخلات طاقة ثانية كبيرة، مما يزيد من انبعاثات الكربون المرتبطة بها.
اكتشف فريق من الباحثين الألمان الآن كيفية حل بعض هذه المشكلات لفئة معينة من نفايات التعدين الناتجة أثناء إنتاج الألومنيوم. وتعتمد طريقتهم على الهيدروجين والكهرباء، وكلاهما يمكن الحصول عليهما من الطاقة المتجددة واستخراج الحديد وربما معادن أخرى من النفايات. ما تبقى قد يكون سامًا، لكنه ليس ضارًا بالبيئة.
الخروج من الطين
الخطوة الأولى في إنتاج الألومنيوم هي عزل أكسيد الألومنيوم عن المواد الأخرى الموجودة في الخام. وهذا يترك وراءه مادة تعرف بالطين الأحمر؛ وتشير التقديرات إلى أنه يتم إنتاج ما يقرب من 200 مليون طن كل عام. وعلى الرغم من أن اللون الأحمر يأتي من أكاسيد الحديد الموجودة، إلا أنه يحتوي على العديد من المواد الأخرى، وبعضها يمكن أن يكون سامًا. وعملية عزل أكسيد الألومنيوم تترك المادة ذات درجة حموضة أساسية جدًا.
كل هذه الخصائص تعني أن الطين الأحمر بشكل عام لا يمكن (أو على الأقل لا ينبغي) إطلاقه في البيئة. وعادة ما يتم الاحتفاظ به في صهاريج الاحتواء: تشير التقديرات على مستوى العالم إلى أنها تحتوي على 4 مليارات طن من الطين الأحمر، وقد انفجرت العديد من صهاريج الاحتواء على مر السنين.
يمكن أن تشكل أكاسيد الحديد أكثر من نصف وزن الطين الأحمر في بعض الأماكن، مما قد يجعله مصدرًا جيدًا للحديد. تعالج الطرق التقليدية خامات الحديد عن طريق تفاعلها مع الكربون، مما يؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون. ولكن تم بذل جهود لتطوير إنتاج “الفولاذ الأخضر” حيث يتم استبدال هذه الخطوة بتفاعل مع الهيدروجين، مما يترك الماء كمنتج ثانوي رئيسي. وبما أنه يمكن صنع الهيدروجين من الماء باستخدام الكهرباء المتجددة، فمن المحتمل أن يؤدي ذلك إلى القضاء على الكثير من انبعاثات الكربون المرتبطة بإنتاج الحديد.
قرر الفريق الألماني اختبار طريقة إنتاج الفولاذ الأخضر على الطين الأحمر. قاموا بتسخين جزء من المادة في فرن القوس الكهربائي تحت جو يتكون بشكل أساسي من الأرجون (الذي لا يتفاعل مع أي شيء) والهيدروجين (بنسبة 10% من الخليط).
ضخ الحديد
وكانت الاستجابة سريعة بشكل ملحوظ. وفي غضون دقائق، بدأت عقيدات الحديد المعدني في الظهور في الخليط. اكتمل إنتاج الحديد إلى حد كبير في حوالي 10 دقائق. كان الحديد نقيًا بشكل ملحوظ، حيث أن حوالي 98% من وزن المادة الموجودة في العقيدات عبارة عن حديد.
بدءًا من عينة 15 جرامًا من الطين الأحمر، خفضت العملية ذلك إلى 8.8 جرام لأن الكثير من الأكسجين الموجود في المادة تم إطلاقه على شكل ماء. (تجدر الإشارة إلى أنه يمكن إعادة تدوير هذه المياه لإنتاج الهيدروجين، مما يؤدي إلى إغلاق الحلقة في هذا الجانب من العملية.) ومن بين تلك الـ 8.8 جرام، كان حوالي 2.6 (30٪) على شكل حديد.
ووجد البحث أن هناك أيضًا بعض القطع الصغيرة من التيتانيوم النقي نسبيًا المتكونة في الخليط. لذلك من الممكن أن يتم استخدام هذا في إنتاج معادن إضافية، على الرغم من أن العملية ستحتاج على الأرجح إلى تحسين لزيادة إنتاج شيء آخر غير الحديد.
والخبر السار هو أن هناك الكثير من الطين الأحمر الذي يدعو للقلق بعد ذلك. اعتمادًا على مصدر الخام الأصلي المحتوي على الألومنيوم، قد يحتوي بعض منه على تركيزات عالية نسبيًا من المواد القيمة، مثل المعادن الأرضية النادرة. الجانب السلبي هو أن أي مواد سامة موجودة في الخام الأصلي ستكون أكثر تركيزًا.
كمكافأة إضافية، تعمل العملية أيضًا على تحييد الرقم الهيدروجيني للبقايا المتبقية. لذلك هذا أقل قلقًا واحدًا على الأقل.
الجانب السلبي هو أن العملية تستهلك الكثير من الطاقة بشكل لا يصدق، سواء لإنتاج الهيدروجين اللازم أو لتشغيل فرن القوس. تكلفة هذه الطاقة تجعل الأمور صعبة اقتصاديا. ويقابل ذلك جزئيًا انخفاض تكاليف المعالجة: فقد تم بالفعل الحصول على الخام وهو ذو درجة نقاء عالية نسبيًا.
لكن السمة الرئيسية لهذا النظام هي انبعاثات الكربون المنخفضة للغاية. حاليًا، هذه المنتجات لا تقدر بثمن في معظم البلدان، مما يجعل العملية الاقتصادية أكثر صعوبة.
الطبيعة، 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06901-z (حول معرفات الهوية الرقمية).
