Comment produire de l’acier vert à partir de la boue rouge de l’aluminium

Des scientifiques du Max-Planck-Institut für Eisenforschung, un centre de recherche sur le fer, ont montré comment fabriquer de l’acier vert à partir de déchets de production d’aluminium de manière relativement simple.

Dans un article publié dans la revue Natureles chercheurs soulignent que la faisabilité de leur technique repose sur le fait que la production d’aluminium génère chaque année des millions de tonnes de boues rouges toxiques.

Dans un four à arc électrique similaire à ceux utilisés dans l’industrie sidérurgique depuis des décennies, ils ont pu convertir l’oxyde de fer contenu dans la boue rouge en fer à l’aide d’un plasma d’hydrogène. Grâce à ce procédé, près de 700 millions de tonnes d’acier sans CO2 pourraient être produites à partir des quatre milliards de tonnes de boues rouges accumulées jusqu’à présent dans le monde, ce qui correspond à un tiers de la production annuelle d’acier dans le monde.

Faire face à un passif environnemental

Selon les prévisions, la demande d’acier et d’aluminium augmentera jusqu’à 60 % d’ici 2050. Cependant, 8 % des émissions mondiales de CO2 proviennent de l’industrie sidérurgique, ce qui en fait le secteur qui émet le plus de gaz à effet de serre. Parallèlement, l’industrie de l’aluminium produit chaque année environ 180 millions de tonnes de boues rouges, très alcalines et contenant des traces de métaux lourds comme le chrome.

En Australie, au Brésil et en Chine, entre autres, ces déchets sont au mieux séchés et éliminés dans de gigantesques décharges, ce qui entraîne des coûts de traitement élevés. Lorsqu’il pleut abondamment, la boue rouge est souvent emportée hors de la décharge, et lorsqu’elle sèche, le vent peut la projeter dans l’environnement sous forme de poussière. De plus, les boues rouges, très alcalines, corrodent les parois en béton des décharges, provoquant des fuites de boues rouges qui ont déjà déclenché des catastrophes environnementales à plusieurs reprises, par exemple en Chine en 2012 et en Hongrie en 2010. De plus, de grandes quantités de boues rouges la boue est également simplement éliminée dans la nature.

« Notre procédé pourrait simultanément résoudre le problème des déchets liés à la production d’aluminium et améliorer l’empreinte carbone de l’industrie sidérurgique », a déclaré Matic Jovičevič-Klug, co-auteur de l’étude, dans un communiqué aux médias.

La raison pour laquelle le nouveau procédé fonctionne est que la boue rouge issue de la production d’aluminium contient jusqu’à 60 % d’oxyde de fer et que la transformation qu’elle subit, connue dans le jargon technique sous le nom de réduction plasma, ne prend que 10 minutes, pendant lesquelles le fer liquide se sépare du oxydes liquides et peut ensuite être extrait facilement. Le fer est si pur qu’il peut être transformé directement en acier.

Les oxydes métalliques restants ne sont plus corrosifs et se solidifient en refroidissant pour former un matériau semblable à du verre qui peut être utilisé comme remplissage dans l’industrie de la construction par exemple. D’autres groupes de recherche ont produit du fer à partir de boues rouges en utilisant une approche similaire et en utilisant du coke, mais cela produit du fer hautement contaminé et de grandes quantités de CO2. Utiliser l’hydrogène vert comme agent réducteur permet d’éviter ces émissions de gaz à effet de serre.

« Si l’hydrogène vert était utilisé pour produire du fer à partir des quatre milliards de tonnes de boues rouges générées jusqu’à présent dans la production mondiale d’aluminium, l’industrie sidérurgique pourrait économiser près de 1,5 milliard de tonnes de CO2 », a déclaré le chercheur en chef Isnaldi Souza Filho.

L’hydrogène vert dans le mix

En plus de ce qui précède, l’équipe de recherche a découvert que les métaux lourds présents dans la boue rouge peuvent également être pratiquement neutralisés grâce à ce procédé.

« Après réduction, nous avons détecté du chrome dans le fer », a déclaré Jovičevič-Klug. « D’autres métaux lourds et précieux sont également susceptibles d’entrer dans le fer ou dans une zone distincte. C’est quelque chose que nous étudierons dans d’autres études. Les métaux précieux pourraient alors être séparés et réutilisés.

Les métaux lourds qui restent dans les oxydes métalliques y sont fermement liés et ne peuvent plus être éliminés avec de l’eau, comme cela peut arriver avec la boue rouge.

Les scientifiques notent que la production directe de fer à partir de boues rouges en utilisant de l’hydrogène est non seulement doublement bénéfique pour l’environnement, mais qu’elle est également rentable sur le plan économique. Avec de l’hydrogène et un mix électrique pour le four à arc électrique provenant uniquement de sources partiellement renouvelables, le procédé en vaut la peine si la boue rouge contient 50 % d’oxyde de fer ou plus.

Si l’on considère également les coûts d’élimination des boues rouges, seulement 35 % d’oxyde de fer suffisent pour rendre le procédé économique. Avec l’hydrogène vert et l’électricité, aux coûts actuels – en tenant également compte du coût de mise en décharge des boues rouges – il faut une proportion de 30 à 40 % d’oxyde de fer pour que le fer obtenu soit compétitif sur le marché.

« Il s’agit d’estimations prudentes car les coûts d’élimination des boues rouges sont probablement plutôt faibles », a déclaré Souza Filho.

Et il y a un autre avantage d’un point de vue pratique : les fours à arc électrique sont largement utilisés dans l’industrie métallurgique – y compris dans les fonderies d’aluminium – car ils sont utilisés pour faire fondre la ferraille. Dans de nombreux cas, l’industrie n’aurait besoin que d’investir peu pour devenir plus durable.

« Il appartient désormais à l’industrie de décider si elle utilisera la réduction plasmatique de la boue rouge en fer », a déclaré Dierk Raabe, directeur de l’Institut Max-Planck pour l’Eisenforschung.

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Nicolas