La plupart des gens savent que les métaux sont fabriqués à partir de minerai, mais comment fait-on de l'or à partir de gravier ? C'est le processus que nous devons comprendre pour pouvoir rendre l'industrie métallurgique respectueuse du climat. Voici quelques alternatives pour le CO₂ -la production de métal libre.

Pour réaliser « le virage vert », le monde a besoin de nouveaux matériaux, notamment des métaux. Aujourd'hui, le carbone est particulièrement populaire dans l'industrie métallurgique car il a la capacité d'éliminer l'oxygène du minerai afin que nous puissions extraire le métal. Dans ce processus, le CO₂ se forme, le gaz à effet de serre que nous devons éviter à l'avenir. À l'heure actuelle, nous avons commencé à chercher d'autres moyens d'extraire les métaux, mais quelles alternatives avons-nous vraiment ?

Pour assurer un avenir avec le développement de l'énergie solaire et éolienne, des routes et des villes à l'épreuve des intempéries dans le monde entier, nous devons être capables de fabriquer des métaux de manière sûre, climatiquement neutre et responsable. Bien sûr, nous devons améliorer la gestion, la réutilisation ou le recyclage des déchets contenant des métaux, mais cela ne suffira pas. Si nous voulons réaliser le virage vert, également à l'échelle mondiale, le monde a besoin de nouveaux métaux. Aujourd'hui, l'industrie métallurgique émet des gaz à effet de serre et en Norvège, elle représente 10 % du total de CO₂ émissions. Il est donc urgent de trouver de nouvelles opportunités pour des alternatives plus respectueuses du climat aux procédés actuels.

Trois clés de la future production de métaux

La figure montre les substances capables d'éliminer l'oxygène des minerais, appelées agents réducteurs. Dans le coin inférieur gauche de la figure, nous voyons le carbone qui est utilisé pour convertir presque tous les types de minerai en métal, aujourd'hui. Historiquement, le carbone était du charbon de bois ou du bois, mais à l'époque moderne, c'est surtout du carbone fossile qui est utilisé. Les substances organiques telles que le bois et d'autres formes de biocarbone ne sont pas des formes pures de carbone, elles se trouvent sur la ligne entre le carbone et l'hydrogène. Ici, nous trouvons également des sources de carbone biologiques non traditionnelles telles que le biogaz.

De nombreux producteurs de métaux considèrent ces agents réducteurs à base de carbone comme les agents réducteurs les plus intéressants car ils sont censés pouvoir s'adapter aux méthodes de production actuelles, plutôt que de développer des procédés complètement nouveaux. Cependant, l'utilisation de tous les agents réducteurs contenant du carbone entraînera la formation de CO₂ . Pour éviter que cela n'entraîne une augmentation de l'effet de serre, il faut soit utiliser du CO₂ -des sources de carbone neutres (par exemple le biocarbone) ou capter et stocker le CO₂ des gaz d'échappement. Si nous parvenons à faire les deux en même temps, nous pouvons avoir du CO₂ -des processus négatifs à l'avenir, dont beaucoup pensent qu'ils seront nécessaires pour atteindre les objectifs climatiques. Cependant, les solutions dites neutres en carbone ont aussi un retard, car il faut en moyenne 90 ans pour qu'un nouvel arbre pousse et consomme le CO₂ émis. C'est trop tard si l'on veut atteindre les objectifs de l'Accord de Paris.

Un besoin énorme de carbone

La grande question concernant le carbone est de savoir comment sera l'accès au biocarbone à l'avenir. De plus, nous devons également penser aux impacts sur la biodiversité et à d'autres aspects environnementaux importants. Les quantités de carbone nécessaires dans le secteur de la métallurgie sont malheureusement énormes. Dans une perspective à long terme, le carbone n'est peut-être même pas la meilleure option que nous puissions trouver.

L'énergie peut-elle remplacer les agents réducteurs ?

Dans le coin inférieur droit de la figure, nous avons l'électricité. Beaucoup savent que l'aluminium, par exemple, est fabriqué par électrolyse. Ensuite, l'électricité est utilisée pour amener l'oxygène dans le minerai à se débarrasser du métal. Cependant, la technologie d'électrolyse d'aujourd'hui se situe quelque peu vers le coin carbone de la figure, car des électrodes en carbone sont nécessaires dans l'électrolyse. Les électrodes de carbone sont consommées dans le processus de sorte que l'on combine réellement les effets de l'électricité et du carbone. Si nous pouvons utiliser d'autres types d'électrodes à l'avenir, et de préférence des types qui ne sont pas utilisés dans le processus, le métal pourrait, en théorie, être fabriqué avec uniquement de l'électricité comme agents réducteurs. Aujourd'hui, de grandes ressources à travers le monde sont consacrées à l'invention de nouvelles solutions d'électrodes pour différents procédés d'électrolyse pour différents métaux. Les optimistes énergétiques envisagent un avenir avec de grandes quantités d'énergie renouvelable disponibles, et si ces prévisions s'avèrent correctes, ces processus à forte intensité énergétique deviendront encore plus attrayants d'un point de vue économique et environnemental.

Si nous regardons de plus près le coin électronique de la figure, nous voyons qu'il y a en fait une autre possibilité :le plasma. En fait, si des quantités illimitées d'énergie pouvaient être utilisées, il serait possible de fabriquer du métal sans agent réducteur autre que l'énergie propre. Mais alors une quantité extrême d'énergie est nécessaire, et cette option ne serait probablement possible que dans les scénarios énergétiques les plus optimistes.

Hydrogène très intéressant

Dans le coin supérieur de la figure, on trouve de l'hydrogène. L'hydrogène est particulièrement intéressant pour de nombreuses raisons, d'autant plus que l'hydrogène est facilement disponible car il s'agit d'un sous-produit de plusieurs procédés industriels différents. Malheureusement, il n'est pas possible d'utiliser tout l'hydrogène disponible aujourd'hui, principalement en raison des défis liés au transport, au stockage et à la sécurité. L'hydrogène peut également être fabriqué à partir de gaz naturel, de biogaz ou d'eau (par électrolyse). Malheureusement, cependant, l'hydrogène n'a pas la capacité de convertir tous les types de minerais en métal, mais peut-être existe-t-il des moyens de combiner l'hydrogène avec d'autres agents réducteurs pour le rendre plus puissant ?

L'hydrogène peut coopérer

Sur le bord droit du triangle se trouve une autre alternative à haute énergie :le plasma d'hydrogène. Ici, tellement d'énergie est ajoutée que les atomes d'hydrogène se sont désintégrés. Le plasma d'hydrogène est beaucoup plus puissant comme agent réducteur que l'hydrogène gazeux ordinaire et peut être utilisé sur de nombreux autres minerais. Cela nécessite plus d'énergie que pour les réactions gazeuses, mais considérablement moins que si le plasma était fabriqué à partir du minerai lui-même. Une autre possibilité future concerne les électrodes à gaz pour les processus d'électrolyse. Ici, on peut envisager que l'hydrogène gazeux soit utilisé comme agent réducteur dans une cellule d'électrolyse.

Un autre candidat sérieux pour de telles électrodes à gaz est le gaz méthane. Un gaz qui est actuellement le plus facilement obtenu à partir du gaz naturel, mais qui à l'avenir pourrait provenir de sources biologiques, c'est-à-dire du biogaz. Le méthane peut être soit un moyen d'ajouter de l'hydrogène à un procédé, soit un agent réducteur en soi. La combinaison d'hydrogène et de carbone dans le méthane en fait une option très intéressante pour fabriquer du métal à l'avenir.

D'autres gaz qui peuvent être utilisés pour ajouter de l'hydrogène aux procédés sont l'ammoniac, qui, comme le méthane, est moins explosif que l'hydrogène pur et donc plus facile à transporter et à stocker. Mais l'utilisation du gaz comme agent réducteur impose de grandes exigences à la restructuration des industries métallurgiques, où le développement et l'investissement de nouveaux types de réacteurs seraient nécessaires.

Les métaux peuvent-ils fabriquer des métaux ?

Il convient également de mentionner que de nombreux métaux peuvent être un agent réducteur pour d'autres métaux, bien que cela ne soit pas inclus dans la figure ici. Par exemple, l'aluminium peut être un agent réducteur pour de nombreux autres métaux et pour le silicium. (Le silicium est utilisé dans les cellules solaires et l'électronique, par exemple). Le problème avec cela, cependant, est que vous devez d'abord produire de l'aluminium, ce qui ne se produit actuellement pas sans CO₂ émissions. Cette catégorie de production de métaux dépendra donc entièrement de notre mise en place de méthodes permettant à la fois de fabriquer et de recycler les nouveaux agents réducteurs de manière climatiquement neutre.

Pourquoi ne pas recycler le carbone ?

En parlant de recyclage, le recyclage du carbone est une sorte de "Saint Graal". Ce serait une option extrêmement intéressante, car le carbone peut être produit sans matières premières fossiles. Dans le même temps, le recyclage contribuerait à réduire la pression sur les sources de carbone biologique, telles que les forêts. Si nous pouvions capturer le CO₂ des gaz d'échappement pour ensuite les scinder en oxygène gazeux, qui peut être libéré, et une forme carbonée qui peut être réintroduite dans des fours et/ou des cellules d'électrolyse, cela aurait été une solution très intéressante.

Le défi est que le CO₂ est si incroyablement stable que d'énormes quantités d'énergie seront nécessaires pour le diviser. La quantité d'énergie peut éventuellement être légèrement réduite en utilisant des catalyseurs de haute technologie, tels que des particules contenant du cérium ou des organismes biologiques tels que des algues ou des bactéries.

En d'autres termes, il existe de nombreuses alternatives différentes qui présentent toutes à la fois des avantages et des inconvénients. Cependant, il y a de bonnes raisons de croire que certaines de ces alternatives pourraient être la clé de la réalisation d'une industrie métallurgique climatiquement neutre à l'avenir. + Explorer plus loin

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