Del lodo de color rojo y fuertemente alcalino que se genera en enormes cantidades en la producción de aluminio podría obtenerse hierro mediante un nuevo proceso de reducción basado en plasma de hidrógeno. El método permitiría extraer también otros metales valiosos de tierras raras.
Para producir aluminio metálico, primero se debe purificar alúmina (óxido de aluminio) a partir de bauxita. Esto se logra mediante el proceso Bayer, cuyo primer paso consiste en calentar con hidróxido de sodio para disolver la alúmina y formar aluminato de sodio. El lodo rojo es el subproducto, y se producen tales cantidades que prácticamente en su totalidad se vierten en la naturaleza, salvo una pequeña proporción que se sinteriza en cerámica. Otras veces se almacenan en balsas de decantación. En 2010 se rompió una de esta en Hungría, causando 10 muertes y un gran desastre ambiental.
Hierro y tierras raras
La composición del lodo rojo varía según la fuente de bauxita, pero siempre contiene hierro. Trazas de valiosos metales de tierras raras como el itrio y el escandio y metales pesados potencialmente tóxicos como el cadmio y el cromo, así como alúmina, aparecen en diversas proporciones según la bauxita.
La producción tradicional de hierro supone un problema de sostenibilidad porque se requiere el uso de carbón (coque) como reductor, lo que implica la liberación de enormes cantidades de dióxido de carbono. Por lo tanto, un proceso libre de carbono que redujera el lodo rojo para liberar hierro sería un modo de paliar dos problemas al mismo tiempo.
Los investigadores colocaron muestras de lodo rojo en un horno de arco eléctrico antes de inyectar una mezcla de hidrógeno y argón. Luego utilizaron una corriente de 200 A para derretir la muestra e ionizar simultáneamente el hidrógeno, obligándolo a reaccionar con el hierro. Se extrajeron 2,6 g de hierro metálico de 15 g de lodo rojo. Este hierro resultó más puro que el de un alto horno típico y puede usarse directamente para la fabricación de acero.
El proceso podría ser muy eficiente desde el punto de vista energético porque la reacción entre los radicales de hidrógeno y los óxidos es exotérmica. Por lo tanto, una vez que se enciende el plasma, la reacción suministra la energía para mantener los óxidos fundidos y el único aporte de energía necesario es la electricidad para mantener el arco. Si el hidrógeno es renovable, el proceso es absolutamente no emidor de carbono.
Ahora bien, todo esto, que funciona bien a escala de laboratorio, no sería fácilmente implementable hoy por hoy a nivel industrial, pues se necesitaría electricidad barata e hidrógeno barato. Además, para producir todo el acero requerido cada año por este proceso se necesitarían 10000 veces más hidrógeno verde del que hay actualmente disponible a nivel mundial.
Referencia
M Jovičević-Klug et alii, Nature, 2024, DOI: 10.1038/s41586-023-06901-z.
