Six pour cent du CO mondial 2 émissions—4.4. milliards de tonnes par an - sont actuellement produites par l'industrie de l'acier et de l'aluminium. Dans un article de synthèse pour la revue La nature , Dierk Raabe, Directeur au Max-Planck-Institut für Eisenforschung à Düsseldorf, et des scientifiques du MIT à Cambridge Massachusetts expliquent comment l'immense CO 2 l'empreinte dans la production et l'utilisation du métal peut être réduite. D'un côté, ils proposent des mesures qui peuvent être mises en œuvre rapidement et avec relativement peu d'efforts. D'autre part, ils formulent des objectifs à long terme qui ne peuvent être atteints qu'avec l'aide d'une recherche fondamentale approfondie.

Les sociétés modernes pourraient difficilement fonctionner sans métaux :à eux seuls, 1,7 milliard de tonnes d'acier et 94 millions de tonnes d'aluminium sont produites par an. Ils soutiennent littéralement la production industrielle, immeubles, et les transports ainsi que l'approvisionnement en énergie, télécommunications, et médecine. Et d'ici 2050, la quantité de matériaux métalliques produite et utilisée annuellement pourrait à nouveau doubler, voire tripler, pour certains matériaux. Cependant, l'extraction des métaux des minerais est extrêmement énergivore et produit d'énormes quantités de CO 2 émissions, contribuant ainsi au changement climatique. Les producteurs d'acier et d'aluminium émettent 30 % des gaz à effet de serre émis par les entreprises industrielles dans le monde. "Nous devons réduire ces émissions de CO industrielles 2 émissions, " dit Dierk Raabe. " Et l'industrie métallurgique peut apporter une contribution significative. 2 solde) à partir de 2050.

Demande croissante de matériaux métalliques et diminution du CO 2 budget :Afin de concilier ces scénarios, Dierk Raabe analyse comment réduire le CO 2 émissions dans l'industrie métallurgique avec les chercheurs du MIT C. Cem Tasan et Elsa A. Olivetti. "C'est une tâche pour les deux, l'industrie et la recherche fondamentale, " dit le scientifique Max Planck. " D'une part, l'industrie métallurgique a déjà des opportunités de réduire efficacement les émissions de CO 2 à court terme. Cependant, il existe encore de nombreux domaines potentiels pour la recherche fondamentale dans le développement d'alliages durables.

Plus de durabilité dans la production et la transformation

Afin de réduire le CO 2 émissions en production, l'industrie doit recycler plus de ferraille. Faire fondre un métal consomme beaucoup moins d'énergie que l'extraire de son minerai. "Cela s'applique surtout aux déchets générés dans l'industrie métallurgique elle-même car il s'agit de grandes quantités, et ils peuvent être séparés de manière relativement homogène, " dit Dierk Raabe.

Dans la production de métaux et de leurs alliages, CO 2 -des processus neutres sont de plus en plus requis. De cette façon, les minerais respectifs peuvent être réduits électrolytiquement directement en les métaux correspondants avec de l'électricité régénérée. Cependant, les métaux peuvent également être obtenus en tout ou en partie à l'aide d'hydrogène régénératif.

Les entreprises peuvent également économiser beaucoup d'énergie et donc de CO 2 lors du traitement des métaux, notamment en réduisant les pertes considérables qui surviennent à toutes les étapes. Par exemple, 40 % de l'aluminium fondu est perdu avant même qu'il ne devienne une feuille de métal. Dans le cas de l'acier, ces rebuts s'élèvent à 25 % au tout début de la transformation.

La ville comme une mine :tri et recyclage

Afin de pouvoir augmenter la proportion de métal recyclé, les ferrailles doivent être mieux triées car un alliage ne remplit sa fonction que s'il ne contient pas trop d'impuretés. Le recyclage a donc besoin de techniques sophistiquées pour identifier, séparé, nettoyer, et broyer les alliages. Avant que ces procédés ne soient perfectionnés et compétitifs, la recherche pour l'industrie métallurgique pourrait développer des alliages dont les propriétés sont peu ou pas du tout affectées par les impuretés. Les métallurgistes se consacrent de plus en plus à l'amélioration des possibilités de recyclage.

Conception d'alliage durable pour les matériaux recyclables

D'une part, les chercheurs étudient déjà des alliages pour diverses applications dont les propriétés ne sont pas significativement affectées par les impuretés. Cependant, ils doivent d'abord comprendre comment les plus petites traces d'autres éléments peuvent affecter un alliage dans lequel elles ne devraient pas réellement apparaître. D'autre part, les scientifiques des matériaux affinent les possibilités de contrôler le comportement des matériaux métalliques non seulement par leur composition chimique, mais aussi par leur micro- et nanostructure. Lorsque le nombre d'alliages qui diffèrent chimiquement diminue, il devient plus facile de séparer et de recycler la ferraille. Dans le même sens, des efforts sont faits pour composer des alliages croisés ou unitaires. De tels alliages devraient être capables d'effectuer diverses tâches pour lesquelles des matériaux spécialisés ont été précédemment développés. « La recherche sur les matériaux métalliques est confrontée à un changement de paradigme, " dit Dierk Raabe. " Jusqu'à présent, les alliages ont été optimisés pour une utilisation unique. Encore, à l'avenir, nous devrons accorder plus d'attention à la recyclabilité lors de la conception de la composition et des propriétés."

Durée de vie plus longue grâce à la protection contre la corrosion et à une utilisation répétée

L'empreinte écologique de l'industrie métallurgique peut être considérablement réduite simplement en rendant les alliages (ou les composants fabriqués à partir de ceux-ci) plus durables. Il faudra produire moins de métaux pour les remplacer. "Par dessus tout, la protection contre la corrosion aurait un effet énorme ici, " explique Dierk Raabe. L'industrie métallurgique et les scientifiques des matériaux traitent différents types de corrosion en fonction du métal impliqué et de l'environnement chimique dans lequel un matériau est utilisé. Cela va de la rouille conventionnelle ou d'autres formes de corrosion électrochimique à l'usure causée par des stress et la fragilisation par l'hydrogène. Les efforts pour les contrer sont aussi variés que les effets corrosifs eux-mêmes. L'industrie protège de nombreux métaux de la décomposition électrochimique avec des anodes sacrificielles (dont le matériau est d'abord corrodé). Les scientifiques des matériaux étudient également les alliages qui guérissent les fissures et Ils développent également des revêtements capables d'éliminer (ou du moins d'atténuer) les dommages dus à la corrosion.

Cependant, tous les composants métalliques ne sont pas jetés ou remplacés car ils sont usés ou corrodés. Ils doivent souvent céder pour des raisons économiques. Les utiliser ailleurs sans les faire d'abord fondre puis produire à nouveau le même composant permettrait également d'économiser beaucoup d'énergie. « Afin de créer des filières de recyclage adaptées, des incitations appropriées doivent être fixées au niveau politique, " dit Dierk Raabe.

Efficacité énergétique grâce à une construction légère et une meilleure résistance à la température

L'écobilan des produits métalliques eux-mêmes peut être amélioré en les utilisant le plus longtemps possible. Cependant, l'énergie peut également être économisée si la conception des matériaux et des composants est optimisée en conséquence. Par exemple, les voitures aux carrosseries plus légères consomment moins de carburant, et les turbines qui peuvent fonctionner à des températures plus élevées produisent une électricité plus efficace à partir de la chaleur des combustibles fossiles. Dans certains cas, l'efficacité de l'application peut encore être améliorée par la conception des composants; L'impression 3D crée ici de nouvelles possibilités. Dans de nombreux cas, cependant, les métallurgistes sont à nouveau appelés à développer des alliages appropriés. En changeant la composition et la micro-structure, ils peuvent augmenter la résistance des matériaux, réduire leur densité, ou augmenter leur résistance aux températures élevées.

« Les matériaux métalliques sont indispensables dans une économie moderne, " résume Dierk Raabe. " Heureusement, nous avons de nombreuses opportunités pour les adapter à un environnement durable et surtout CO 2 -neutre—économie."