현대사회의 근간을 이루고 있는 미네랄 역시 많은 문제를 야기하고 있습니다. 우리가 원하는 금속을 다른 금속과 분리하는 일은 종종 에너지 집약적이며 많은 양의 독성 폐기물을 남길 수 있습니다. 순수한 형태로 얻으려면 종종 두 번째로 상당한 에너지 투입이 필요할 수 있으며, 이로 인해 관련 탄소 배출량이 증가합니다.
독일 연구진은 이제 알루미늄 생산 중에 생성되는 특정 종류의 광산 폐기물에 대해 이러한 문제 중 일부를 처리하는 방법을 알아냈습니다. 그들의 방법은 재생 에너지와 폐기물에서 철 및 기타 금속을 추출하여 얻을 수 있는 수소와 전기에 의존합니다. 남은 것은 여전히 독성이 있을 수 있지만 환경에 해롭지는 않습니다.
진흙에서 나오세요
알루미늄 생산의 첫 번째 단계는 광석의 다른 물질로부터 산화알루미늄을 분리하는 것입니다. 이것은 붉은 점토로 알려진 물질을 남깁니다. 연간 생산량은 약 200만톤으로 추산된다. 붉은색은 존재하는 산화철에서 비롯되는 반면, 여기에는 많은 다른 물질이 포함되어 있으며 그 중 일부는 독성이 있을 수 있습니다. 산화알루미늄을 분리하는 과정에서는 물질의 pH가 매우 염기성으로 유지됩니다.
이러한 모든 특징은 황토가 일반적으로 환경으로 돌아갈 수 없거나 적어도 반환되어서는 안 된다는 것을 의미합니다. 그것은 일반적으로 격납 연못에 보관되며, 전 세계적으로 40억 톤의 황토를 함유하고 있는 것으로 추정되며, 수년에 걸쳐 여러 격납 연못이 폭발했습니다.
일부 지역에서는 산화철이 황토 중량의 절반 이상을 차지하여 철의 좋은 공급원이 됩니다. 전통적인 방법은 철광석을 탄소와 반응시켜 이산화탄소를 방출함으로써 처리했습니다. 그러나 이 단계를 수소와의 반응으로 대체하고 물을 주요 부산물로 남기는 “친환경 철강” 생산을 개발하려는 노력이 있어 왔습니다. 재생 가능한 전기를 사용하여 물에서 수소를 만들 수 있기 때문에 철 생산과 관련된 탄소 배출을 상당 부분 제거할 수 있는 잠재력이 있습니다.
독일 팀은 황토에서 친환경 강철을 생산하는 방법을 테스트하기로 결정했습니다. 그들은 일부 재료를 가열했습니다. 전기로 아르곤(아무것도 반응하지 않음)과 수소(혼합물의 10%)가 대부분인 대기에서.
철분 펌핑(아웃)
반응은 놀라울 정도로 빨랐다. 몇 분 안에 금속성 철괴가 혼합물에 나타나기 시작했습니다. 철 생산은 대체로 약 10분 안에 완료됩니다. 철은 놀라울 정도로 순수했으며, 단괴에 포함된 물질의 약 98%가 철이었습니다.
그녀는 15g의 황토 샘플로 공정을 시작한 다음 이를 8.8g으로 줄였습니다. 재료에 포함된 산소의 대부분이 물로 방출되었기 때문입니다. (이 물은 수소를 생산하기 위해 다시 재활용될 수 있으며 공정의 이러한 측면에서 루프를 닫을 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다.) 8.8g 중 약 2.6g(30%)이 철 형태였습니다.
연구에 따르면 혼합물에는 상대적으로 순수한 티타늄의 작은 조각도 일부 형성되어 있는 것으로 나타났습니다. 따라서 철 이외의 생산량을 늘리려면 공정을 개선해야 하지만 이를 사용하여 추가 금속을 생산할 수 있는 기회가 있습니다.
좋은 소식은 그 이후에는 걱정할 황토가 많지 않다는 것입니다. 원래 알루미늄 함유 광석의 출처에 따라 일부에는 희토류 금속과 같은 귀중한 물질이 상대적으로 고농도로 포함될 수 있습니다. 단점은 원래 원료의 독소가 훨씬 더 집중된다는 것입니다.
작은 장점으로, 이 공정은 남은 잔류물의 pH도 중화합니다. 따라서 걱정할 것이 하나 이상 적습니다.
단점은 필요한 수소를 생산하고 아크로를 작동하는 과정에서 에너지 집약적이라는 점입니다. 그 에너지 비용으로 인해 경제적으로 어려움을 겪게 됩니다. 이는 광석이 이미 얻어지고 상대적으로 순도가 높기 때문에 낮은 처리 비용으로 부분적으로 상쇄됩니다.
그러나 이것의 주요 특징은 탄소 배출량이 매우 낮다는 것입니다. 현재 대부분의 국가에서는 이러한 제품에 대한 가격이 책정되지 않아 이 프로세스의 경제성이 훨씬 더 어려워지고 있습니다.
자연, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06901-z (디지털 ID 정보)
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