De meeste mensen weten dat metalen worden gemaakt van erts, maar hoe maken we goud van grind? Dat is het proces dat we moeten begrijpen om de metaalindustrie klimaatvriendelijk te kunnen maken. Hier zijn enkele alternatieven voor CO₂ - gratis metaalproductie.

Om "the green shift" te realiseren heeft de wereld nieuwe materialen nodig, niet in de laatste plaats metalen. Tegenwoordig is koolstof vooral populair in de metaalindustrie omdat het de mogelijkheid heeft om zuurstof uit het erts te verwijderen, zodat we het metaal eruit kunnen halen. In dat proces, CO₂ wordt gevormd, het broeikasgas dat we in de toekomst moeten vermijden. Op dit moment zijn we begonnen met het vinden van andere manieren om metalen te winnen, maar welke alternatieven hebben we eigenlijk?

Om met de ontwikkeling van zonne- en windenergie, weerbestendige wegen en steden over de hele wereld een toekomst veilig te stellen, moeten we op een veilige, klimaatneutrale en verantwoorde manier metalen kunnen maken. Natuurlijk moeten we de verwerking, het hergebruik of de recycling van metaalhoudend afval verbeteren, maar dat is niet genoeg. Als we de groene verschuiving willen realiseren, ook wereldwijd, heeft de wereld nieuwe metalen nodig. Tegenwoordig stoot de metaalindustrie broeikasgassen uit en in Noorwegen is deze goed voor 10% van de totale CO₂ uitstoot. Het is daarom dringend nodig om nieuwe kansen te vinden voor klimaatvriendelijkere alternatieven voor de huidige processen.

Drie sleutels tot toekomstige metaalproductie

De figuur toont de stoffen die het vermogen hebben om zuurstof uit ertsen te verwijderen, dit worden reductiemiddelen genoemd. In de linkerbenedenhoek van de figuur zien we koolstof dat tegenwoordig wordt gebruikt om bijna alle soorten erts in metaal om te zetten. Historisch gezien was de koolstof houtskool of hout, maar in de moderne tijd wordt meestal fossiele koolstof gebruikt. Organische stoffen zoals hout en andere vormen van biocarbon zijn geen zuivere vormen van koolstof, deze bevinden zich op de grens tussen koolstof en waterstof. Hier vinden we ook niet-traditionele biologische koolstofbronnen zoals biogas.

Veel metaalproducenten zien deze op koolstof gebaseerde reductiemiddelen als de meest interessante reductiemiddelen omdat verwacht wordt dat ze zich kunnen aanpassen aan de huidige productiemethoden, in plaats van volledig nieuwe processen te ontwikkelen. Het gebruik van alle koolstofhoudende reductiemiddelen zal echter leiden tot de vorming van CO₂ . Om te voorkomen dat dit leidt tot een toename van het broeikaseffect, moet men ofwel CO₂ . gebruiken -neutrale koolstofbronnen (bijv. biokoolstof) of afvangen en opslaan van de CO₂ uit de uitlaatgassen. Als het ons lukt om beide tegelijkertijd te doen, kunnen we CO₂ . hebben -negatieve processen in de toekomst, die volgens velen nodig zullen zijn om de klimaatdoelstellingen te halen. De zogenaamde CO2-neutrale oplossingen hebben echter ook een vertraging, aangezien het gemiddeld 90 jaar duurt voordat een nieuwe boom opgroeit en de CO₂ verbruikt. uitgezonden. Dit is te laat om de doelstellingen van het Akkoord van Parijs te halen.

Behoefte aan enorme hoeveelheden koolstof

De grote vraag met betrekking tot koolstof is hoe de toegang tot biokoolstof er in de toekomst uit zal zien. Daarnaast moeten we ook nadenken over de effecten op de biodiversiteit en andere belangrijke milieuaspecten. De hoeveelheden koolstof die binnen de metaalsector nodig zijn, zijn helaas enorm. Vanuit een langetermijnperspectief is koolstof misschien niet eens de beste optie die we kunnen vinden.

Kan energie reductiemiddelen vervangen?

In de rechter benedenhoek van de figuur hebben we elektriciteit. Velen weten dat aluminium bijvoorbeeld wordt gemaakt door elektrolyse. Vervolgens wordt elektriciteit gebruikt om de zuurstof in het erts te krijgen om het metaal los te laten. De huidige elektrolysetechnologie ligt echter enigszins in de richting van de koolstofhoek van de figuur, omdat elektroden van koolstof nodig zijn bij de elektrolyse. De koolstofelektroden worden daarbij verbruikt, zodat men daadwerkelijk de effecten van elektriciteit en koolstof combineert. Als we in de toekomst andere soorten elektroden kunnen gebruiken, en dan bij voorkeur soorten die niet worden verbruikt in het proces, zou het metaal in theorie gemaakt kunnen worden met alleen elektriciteit als reductiemiddel. Tegenwoordig worden over de hele wereld grote middelen besteed aan het uitvinden van nieuwe elektrodenoplossingen voor verschillende elektrolyseprocessen voor verschillende metalen. Energie-optimisten zien een toekomst voor zich waarin grote hoeveelheden hernieuwbare energie beschikbaar zijn, en als deze voorspellingen kloppen, zullen dergelijke energie-intensieve processen nog aantrekkelijker worden, zowel vanuit economisch als milieuoogpunt.

Als we de elektronenhoek van de figuur nader bekijken, zien we dat daar eigenlijk nog een andere mogelijkheid is:plasma. Als er onbeperkte hoeveelheden energie zouden kunnen worden gebruikt, zou het zelfs mogelijk zijn om metaal te maken zonder andere reductiemiddelen dan schone energie. Maar dan is er extreem veel energie nodig, en deze optie zou waarschijnlijk alleen mogelijk zijn in de meest optimistische energiescenario's.

Zeer interessante waterstof

In de bovenhoek van de figuur vinden we waterstof. Waterstof is om vele redenen bijzonder interessant, vooral omdat waterstof gemakkelijk verkrijgbaar is omdat het een bijproduct is van verschillende industriële processen. Helaas is het niet mogelijk om alle waterstof die vandaag beschikbaar is te gebruiken, vooral vanwege uitdagingen op het gebied van transport, opslag en veiligheid. Waterstof kan ook gemaakt worden uit aardgas, biogas of water (via elektrolyse). Helaas heeft waterstof echter niet het vermogen om alle soorten ertsen om te zetten in metaal, maar misschien zijn er manieren om waterstof te combineren met andere reductiemiddelen om het krachtiger te maken?

Waterstof kan samenwerken

Aan de rechterrand van de driehoek bevindt zich nog een ander energierijk alternatief:waterstofplasma. Hier wordt zoveel energie toegevoegd dat de waterstofatomen zijn uiteengevallen. Waterstofplasma is veel krachtiger als reductiemiddel dan gewoon waterstofgas en kan voor veel meer ertsen worden gebruikt. Dit vereist meer energie dan voor gasreacties, maar aanzienlijk minder dan wanneer plasma uit het erts zelf wordt gemaakt. Een andere toekomstige mogelijkheid draait om gaselektroden voor elektrolyseprocessen. Hierbij is denkbaar dat waterstofgas als reductiemiddel in een elektrolysecel wordt toegepast.

Een andere sterke kandidaat voor dergelijke gaselektroden is methaangas. Een gas dat momenteel het gemakkelijkst uit aardgas wordt gewonnen, maar dat in de toekomst mogelijk uit biologische bronnen komt, namelijk biogas. Methaan kan een manier zijn om waterstof aan een proces toe te voegen, of het kan op zichzelf een reductiemiddel zijn. De combinatie van waterstof en koolstof in methaan maakt dit een zeer interessante optie om in de toekomst metaal te maken.

Andere gassen die kunnen worden gebruikt om waterstof aan processen toe te voegen, zijn ammoniak, dat net als methaan minder explosief is dan pure waterstof en daardoor gemakkelijker te transporteren en op te slaan. Maar het gebruik van gas als reductiemiddel stelt hoge eisen aan de herstructurering van de metaalindustrie, waar de ontwikkeling en investering van nieuwe typen reactoren noodzakelijk zou zijn.

Kunnen metalen metalen maken?

We moeten ook vermelden dat veel metalen een reductiemiddel kunnen zijn voor andere metalen, hoewel het hier niet in de figuur is opgenomen. Zo kan aluminium een ​​reductiemiddel zijn voor veel andere metalen en voor silicium. (Silicium wordt bijvoorbeeld gebruikt in zonnecellen en elektronica). Het probleem hiermee is echter dat je eerst aluminium moet produceren, wat momenteel niet gebeurt zonder CO₂ uitstoot. Deze categorie van metaalproductie zal daarom volledig afhangen van het invoeren van methoden om de nieuwe reductiemiddelen op een klimaatneutrale manier te maken en te recyclen.

Waarom de koolstof niet recyclen?

Over recycling gesproken, het recyclen van koolstof is een soort 'heilige graal'. Het zou een zeer interessante optie zijn, aangezien koolstof kan worden geproduceerd zonder fossiele grondstoffen. Tegelijkertijd zou recycling de druk op biologische koolstofbronnen, zoals bossen, helpen verminderen. Als we CO₂ konden opvangen uit het uitlaatgas en dit vervolgens op te splitsen in zuurstofgas, dat kan vrijkomen, en een koolstofvorm die terug in ovens en/of elektrolysecellen kan worden gestopt, zou een zeer aantrekkelijke oplossing zijn geweest.

De uitdaging is dat CO₂ is zo ongelooflijk stabiel dat er enorme hoeveelheden energie nodig zijn om het op te splitsen. De hoeveelheid energie kan eventueel iets verminderd worden door gebruik te maken van hightech katalysatoren, zoals ceriumhoudende deeltjes of biologische organismen zoals algen of bacteriën.

Met andere woorden, er zijn veel verschillende alternatieven die allemaal zowel voor- als nadelen hebben. Er is echter een goede reden om aan te nemen dat sommige van deze alternatieven de sleutel kunnen zijn tot het realiseren van een klimaatneutrale metaalindustrie van de toekomst. + Verder verkennen

Onderzoekers ontwikkelen nieuwe manier om milieu-impact van ammoniakproductie te berekenen