Les chercheurs ont conçu une méthode économiquement réalisable pour utiliser l'hydrogène pour faire fondre la boue rouge toxique produite lors de la production d'aluminium afin de produire de l'acier vert en 10 minutes environ, réduisant ainsi l'impact environnemental des industries de l'acier et de l'aluminium.

L'industrie de l'aluminium produit chaque année environ 198 millions de tonnes (environ 180 millions de tonnes) de résidus de bauxite - «boue rouge», extrêmement corrosifs en raison de leur alcalinité élevée et de leur riche teneur en métaux lourds toxiques. Dans des pays comme l’Australie, la Chine et le Brésil, les restes de boue rouge sont souvent déversés dans d’immenses décharges, où leur élimination est coûteuse. L’industrie sidérurgique cause également de graves dommages à l’environnement, représentant 8 % des émissions totales mondiales de dioxyde de carbone. Cependant, la demande d’acier et d’aluminium devrait croître jusqu’à 60 % d’ici 2050.

Mais les scientifiques du Max-Planck-Institutfür Eisenforschung en Allemagne pourraient avoir un moyen de transformer les sous-produits toxiques de la boue rouge issue de la production d'aluminium en acier vert.

"Notre procédé peut simultanément résoudre le problème des déchets dans la production d'aluminium et améliorer l'empreinte carbone de l'industrie sidérurgique", a déclaré Matic-Jovicevic-Kruger, l'auteur principal de l'étude. "Résoudre simultanément le problème des déchets dans la production d'aluminium et améliorer l'empreinte carbone de l'industrie sidérurgique."

La boue rouge contient jusqu'à 60 % d'oxyde de fer. L’utilisation d’un plasma contenant 10 % d’hydrogène pour faire fondre la boue rouge dans un four à arc électrique peut la réduire en fer liquide et en oxyde liquide, permettant ainsi une extraction facile du fer. Les chercheurs affirment que la technologie de réduction au plasma ne prend que 10 minutes et que le fer produit est si pur qu’il peut être directement transformé en acier. L'oxyde métallique, qui n'est plus corrosif, se solidifie en refroidissant et peut donc être transformé en un matériau vitreux pouvant être utilisé comme matériau de remplissage dans l'industrie de la construction.

D'autres chercheurs ont utilisé une méthode similaire pour produire du fer à partir de boue rouge, mais en utilisant du coke ; cependant, cette méthode entraîne une forte contamination du fer et la production de grandes quantités de dioxyde de carbone. La méthode utilisée dans la nouvelle étude évite l’émission de ces gaz à effet de serre en utilisant de l’hydrogène vert comme agent réducteur.

Isnaldi Souza Filho, auteur correspondant de l'étude, a déclaré : « Si l'hydrogène vert était utilisé pour extraire le fer des 4 milliards de tonnes de boue rouge produites à ce jour dans la production mondiale d'aluminium, l'industrie sidérurgique pourrait économiser près de 1,5 milliard de tonnes de dioxyde de carbone. »

Grâce à ce procédé, les métaux lourds toxiques initialement présents dans les boues rouges sont « quasiment neutralisés ». Tous les métaux lourds restants sont fermement liés aux oxydes métalliques et ne seront pas emportés par l’eau comme la boue rouge laissée dans les décharges.

"Après réduction, nous avons détecté du chrome dans le fer. Il est possible que d'autres métaux lourds et précieux soient également passés dans le fer ou dans une zone séparée. Nous étudierons cela dans d'autres études. Les métaux précieux peuvent être séparés et réutilisés", explique Jovičević-Klug.

Les chercheurs affirment que l’utilisation directe de l’hydrogène vert pour produire du fer à partir de boue rouge est non seulement « doublement bénéfique » pour l’environnement, mais également très économique. Selon leurs calculs, si la boue rouge contenait 35 % d'oxyde de fer, cela suffirait à rendre le procédé économique. En calculant le coût de l'hydrogène vert et de l'électricité des fours à arc électrique aux prix actuels, plus le coût de la mise en décharge des boues rouges, la proportion d'oxyde de fer dans les boues rouges doit atteindre 30 à 40 % pour que le fer produit puisse être compétitif sur le marché.

Il s’agit d’estimations prudentes, car le coût du traitement de la boue rouge est probablement assez faible. En outre, les fours à arc électrique sont largement utilisés dans l’industrie métallurgique, notamment dans les fonderies d’aluminium, où ils peuvent atteindre une plus grande durabilité avec un investissement limité.

Dierk Raabe, co-auteur de l'étude, a déclaré : « Dans notre étude, il était également important de prendre en compte les facteurs économiques. Il appartient désormais à l'industrie de décider si elle doit utiliser le plasma pour réduire le fer dans la boue rouge. »

La recherche a été publiée dans la revue Nature.