المعادن التي تشكل أساس المجتمع الحديث تسبب أيضًا العديد من المشاكل. غالبًا ما يكون فصل المعادن التي نريدها عن المعادن الأخرى مستهلكًا للطاقة ويترك وراءه كميات كبيرة من النفايات السامة. والحصول عليها في شكل نقي غالبا ما يتطلب مدخلا ثانيا وكبيرا من الطاقة، مما يزيد من انبعاثات الكربون المرتبطة بها.
اكتشف فريق من الباحثين من ألمانيا الآن كيفية التعامل مع بعض هذه المشاكل لنوع معين من نفايات التعدين الناتجة أثناء إنتاج الألومنيوم. وتعتمد طريقتهم على الهيدروجين والكهرباء، وكلاهما يمكن الحصول عليهما من الطاقة المتجددة، واستخلاص الحديد والمعادن الأخرى من النفايات. وما تبقى قد يظل سامًا ولكنه غير ضار بالبيئة.
من الطين
الخطوة الأولى في إنتاج الألومنيوم هي عزل أكسيد الألومنيوم عن المواد الأخرى الموجودة في الخام. وهذا يترك وراءه مادة تعرف بالطين الأحمر؛ ويتم إنتاج ما يقدر بنحو 200 مليون طن سنويا. وعلى الرغم من أن اللون الأحمر يأتي من أكاسيد الحديد، إلا أنه يحتوي على العديد من المواد الأخرى، وبعضها سام. وعملية عزل أكسيد الألومنيوم تترك المادة ذات درجة حموضة أساسية جدًا.
كل هذه الميزات تعني أن الطين الأحمر بشكل عام لا يمكن (أو على الأقل لا ينبغي) إعادته إلى البيئة. وعادةً ما يتم الاحتفاظ بها في أحواض الاحتواء، والتي تحتوي على ما يقدر بنحو 4 مليارات طن من الطين الأحمر على مستوى العالم، وقد انفجرت العديد من أحواض الاحتواء على مر السنين.
ويمكن أن يصل وزن أكاسيد الحديد إلى أكثر من نصف وزن الطين الأحمر في بعض الأماكن، مما 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 لإنتاج “الفولاذ الأخضر” حيث يتم استبدال هذه الخطوة بتفاعل مع الهيدروجين، مما يترك الماء كمنتج ثانوي أساسي. ولأن الهيدروجين يمكن إنتاجه من الماء باستخدام الكهرباء المتجددة، فإنه لديه القدرة على القضاء على انبعاثات الكربون المرتبطة بإنتاج الحديد.
قرر فريق من ألمانيا اختبار طريقة صنع الفولاذ الأخضر في الطين الأحمر. قاموا بتسخين بعض الأشياء فرن القوس الكهربائي تحت الغلاف الجوي، يتكون في الغالب من الأرجون (بدون مقاومة) والهيدروجين (10 بالمائة من التركيبة).
ضخ (خارج) الحديد
وكان رد الفعل سريعا بشكل ملحوظ. وفي غضون دقائق، بدأت عقيدات الحديد المعدني في الظهور في الخليط. غالبًا ما يكتمل إنتاج الحديد خلال 10 دقائق. الحديد نقي بشكل ملحوظ، حيث أن 98 بالمائة من المواد الموجودة في العقيدات عبارة عن حديد.
بدءًا من عينة 15 جرامًا من الطين الأحمر، خفضت العملية هذه العينة إلى 8.8 جرام لأن الكثير من الأكسجين الموجود في المادة تم إطلاقه على شكل ماء. (من الجدير بالذكر أن هذا الماء يمكن تدويره لإنتاج الهيدروجين، مما يؤدي إلى إغلاق هذا الجانب من العملية.) ومن بين تلك الـ 8.8 جرام، كان حوالي 2.6 (30 بالمائة) على شكل حديد.
ووجد البحث أن هناك أيضًا بعض القطع الصغيرة من التيتانيوم النقي نسبيًا المتكونة في السبيكة. ولذلك، هناك إمكانية لاستخدامه في إنتاج معادن إضافية، على الرغم من أنه يجب تحسين العملية لتعظيم إنتاج أي شيء آخر غير الحديد.
والخبر السار هو أن هناك القليل جدًا من المخاط الأحمر الذي يدعو للقلق بعد ذلك. اعتمادًا على مصدر الخام الأصلي المحتوي على الألومنيوم، قد يحتوي بعض هذه الخامات على تركيزات عالية نسبيًا من المواد القيمة مثل المعادن الأرضية النادرة. الجانب السلبي هو أن أي سموم موجودة في الخام الأصلي ستكون أكثر تركيزًا بشكل ملحوظ.
ومع إضافة صغيرة، تعمل العملية على تحييد الرقم الهيدروجيني للبقايا المتبقية. لذا، هناك شيء واحد على الأقل يدعو للقلق.
الجانب السلبي هو أن العملية تستهلك الكثير من الطاقة بشكل لا يصدق، سواء في إنتاج الهيدروجين اللازم أو في تشغيل مفاعل القوس. تكلفة تلك الطاقة تجعل الأمور صعبة اقتصاديا. ويقابل ذلك جزئيًا انخفاض تكاليف المعالجة – حيث تم الحصول على الخام بالفعل وله درجة نقاء عالية نسبيًا.
لكن السمة الرئيسية هي انبعاثات الكربون المنخفضة للغاية. وفي الوقت الحالي، لا توجد تكلفة على تلك الموجودة في معظم البلدان، مما يجعل اقتصاديات العملية صعبة للغاية.
الطبيعة، 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06901-z (حول معرفات الهوية الرقمية).
