Mineral yang menjadi basis masyarakat modern juga menimbulkan sejumlah masalah. Memisahkan logam yang kita inginkan dari logam lain sering kali memerlukan banyak energi dan dapat meninggalkan limbah beracun dalam jumlah besar. Memperolehnya dalam bentuk murni seringkali memerlukan masukan energi kedua yang signifikan, sehingga meningkatkan emisi karbon terkait.

Sebuah tim peneliti dari Jerman kini telah menemukan cara untuk mengatasi beberapa masalah ini pada limbah pertambangan tertentu yang dihasilkan selama produksi aluminium. Metode mereka bergantung pada hidrogen dan listrik, yang dapat diperoleh dari energi terbarukan dan mengekstraksi besi dan mungkin logam lain dari limbah. Sisanya mungkin masih beracun namun tidak berbahaya bagi lingkungan.

Keluar dari lumpur

Langkah pertama dalam produksi aluminium adalah mengisolasi aluminium oksida dari bahan lain dalam bijih. Hal ini meninggalkan zat yang dikenal sebagai tanah liat merah; Diperkirakan sekitar 200 juta ton diproduksi setiap tahunnya. Meskipun warna merah berasal dari oksida besi, ia mengandung banyak zat lain, beberapa di antaranya dapat menjadi racun. Proses isolasi aluminium oksida menghasilkan bahan dengan pH yang sangat basa.

Semua ciri-ciri ini berarti bahwa tanah liat merah pada umumnya tidak dapat (atau setidaknya tidak boleh) dikembalikan ke lingkungan. Umumnya disimpan di kolam penampungan, yang diperkirakan secara global mengandung 4 miliar ton tanah liat merah, dan beberapa kolam penampungan telah meledak selama bertahun-tahun.

Oksida besi dapat menyumbang lebih dari setengah berat tanah liat merah di beberapa lokasi, menjadikannya sumber zat besi yang baik. Metode tradisional mengolah bijih besi dengan mereaksikannya dengan karbon, melepaskan karbon dioksida. Namun terdapat upaya untuk mengembangkan produksi “baja hijau” yang langkahnya digantikan dengan reaksi dengan hidrogen, sehingga air menjadi produk sampingan utama. Karena hidrogen dapat dibuat dari air menggunakan listrik terbarukan, hal ini berpotensi menghilangkan sebagian besar emisi karbon yang terkait dengan produksi besi.

Tim Jerman memutuskan untuk menguji metode produksi baja hijau di tanah liat merah. Mereka memanaskan beberapa bahan Tungku busur listrik Di bawah atmosfer yang sebagian besar mengandung argon (yang tidak bereaksi dengan apa pun) dan hidrogen (10 persen campuran).

Memompa (keluar) besi

Reaksinya sangat cepat. Dalam beberapa menit, bintil-bintil besi metalik mulai muncul di dalam campuran. Produksi besi sebagian besar selesai dalam waktu sekitar 10 menit. Besi tersebut sangat murni, dengan sekitar 98 persen berat bahan dalam bintil-bintil tersebut adalah besi.

Dia memulai prosesnya dengan sampel tanah liat merah seberat 15 gram, dan kemudian menguranginya menjadi 8,8 gram, jumlah oksigen dalam bahan tersebut dilepaskan sebanyak air. (Perlu dicatat bahwa air ini dapat didaur ulang kembali untuk menghasilkan hidrogen, sehingga menutup aspek proses ini.) Dari 8,8 gram, sekitar 2,6 (30 persen) berbentuk besi.

Penelitian menemukan bahwa ada juga beberapa potongan kecil titanium yang relatif murni terbentuk dalam campuran tersebut. Oleh karena itu, terdapat peluang untuk memanfaatkan hal ini untuk memproduksi logam tambahan, meskipun prosesnya mungkin perlu ditingkatkan untuk meningkatkan produksi selain besi.

Kabar baiknya adalah tidak banyak tanah liat merah yang perlu dikhawatirkan setelah itu. Tergantung pada sumber bijih asli yang mengandung aluminium, beberapa di antaranya mungkin mengandung bahan berharga dengan konsentrasi relatif tinggi, seperti logam tanah jarang. Kelemahannya adalah racun apa pun dalam bahan mentah asli akan jauh lebih terkonsentrasi.

Sebagai nilai tambah kecil, proses ini juga menetralkan pH residu yang tersisa. Jadi, setidaknya ada satu hal yang perlu dikhawatirkan.

Kelemahannya adalah prosesnya sangat boros energi, baik dalam memproduksi hidrogen yang dibutuhkan maupun mengoperasikan tungku busur. Biaya energi tersebut membuat keadaan menjadi sulit secara ekonomi. Hal ini sebagian diimbangi oleh biaya pemrosesan yang lebih rendah, karena bijih telah diperoleh dan memiliki kemurnian yang relatif tinggi.

Namun fitur utamanya adalah emisi karbonnya yang sangat rendah. Saat ini, tidak ada harga untuk produk-produk ini di sebagian besar negara, sehingga membuat proses ini menjadi lebih sulit secara ekonomi.

Alam, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06901-z (Tentang ID digital).