Produkcja stali jest jednym z największych problemów, przed jakimi stają eksperci od dekarbonizacji. Stal jest jednym z najważniejszych materiałów, jaki stworzyła ludzkość. Każdego roku na całym świecie produkuje się ponad 140 mln ton tego stopu. Każda tona wyprodukowanej stali wiąże się jednak z wyemitowaniem do atmosfery 1,89 ton CO2.
Hutnictwo odpowiada, według różnych szacunków, za 7 do 11 proc. wszystkich światowych emisji CO2. Ale dekarbonizacja produkcji stali jest dużym wyzwaniem. Powodem jest to, że do jej stworzenia potrzebne jest wygenerowanie bardzo wysokich temperatur – a węgiel jest jednym z kluczowych składników tego materiału.
Najnowsze badanie naukowców z Instytutu Maxa Plancka w Niemczech wskazuje, że ten problem może mieć nietypowe rozwiązanie. A częściowa dekarbonizacja produkcji stali może jednocześnie rozwiązać jeszcze jeden, bardzo poważny problem środowiskowy.
Na całym świecie w wielkich zbiornikach przechowywanych jest około 4 mld ton czerwonego szlamu, który powstaje w procesie rafinacji aluminium. Niezwykle niebezpieczna substancja może teraz posłużyć do produkcji ekologicznej stali, jednocześnie rozwiązując problem magazynowania groźnych toksyn.
Isnaldi Souza Filho z Instytutu Badań nad Żelazem Maxa Plancka w Niemczech opracował wraz ze współpracownikami metodę, która pozwala wydobywać z czerwonego mułu żelazo, poprzez wystawienie odpadów na działanie plazmy wodoru i argonu. Żelazo pozyskane z toksycznych odpadów może następnie być wykorzystane do produkcji stali.
Kluczem do sukcesu jest to, że czerwony szlam zawiera od 30 do 60 procent tlenku żelaza. Pozostałe składniki niebezpiecznych odpadów to toksyczne pierwiastki takie, jak arsen i ołów.
Naukowcy podgrzali czerwony szlam w urządzeniu zwanym elektrycznym piecem łukowym do temperatury około 1850°C, dodając mieszaninę argonu i wodoru w celu reakcji z tlenem. Powstały stop następnie ochłodzono, zmiażdżono i rozdzielono na granulki żelaza, gotowe do przekształcenia w stal.
Matic Jovičević-Klug, współautor badania z Instytutu Badań nad Żelazem Maxa Plancka, twierdzi, że biorąc pod uwagę ilość czerwonego szlamu, w procesie tym można wyprodukować od 748 do 942 milionów ton stali, co oznaczałoby wyemitowanie do atmosfery ponad miliarda ton CO2 mniej, niż powstałoby przy produkcji tej samej ilości stali konwencjonalnymi metodami.
Jednym z kluczowych elementów procesu jest wykorzystanie w procesie tzw. zielonego wodoru, czyli gazu uzyskanego w ramach procesu elektrolizy wody przy pomocy elektryczności wytwarzanej przez odnawialne źródła energii. Dziś większość wykorzystywanego w przemyśle wodoru jest produkowana z gazu ziemnego, w procesie, który emituje znaczną ilość gazów cieplarnianych.
Samo wykorzystanie zielonego wodoru w procesie produkcji stali nie jest nowym pomysłem. W 2021 r. szwedzkie konsorcjum o nazwie HYBRIT przeprowadziło testy wykorzystania zielonego wodoru w produkcji stali. Eksperyment doprowadził do obniżenia śladu węglowego produkcji stali nawet o 98 proc. Ten proces jest jednak kosztowny i nie został jeszcze wdrożony na skalę przemysłową.
Nowością proponowaną przez niemiecki zespół jest wykorzystanie jako surowca toksycznych produktów ubocznych produkcji aluminium. Najpowszechniej stosowane metody produkcji aluminium wiążą się z produkcją 2-4 ton toksycznych odpadów na każdą tonę wyprodukowanego metalu.