Elaborato un modello tecnico economico per la produzione elettrochimica di ferro finalizzato a valutarne la competitività sia in termini di costi che di scalabilità.
Produzione elettrochimica del ferro, la via a zero emissioni
Una produzione ecologica del ferro per alleggerire il peso ambientale dell’acciaio? Si può fare. A testare un “nuovo” processo energeticamente efficiente e a zero emissioni è un team dell’università dell’Oregon. Gli scienziati hanno elaborato un modello tecnico economico per la produzione di ferro finalizzato a valutarne la competitività sia in termini di costi che di scalabilità.
Questo metallo, essenziale per l’industria mondiale dell’acciaio, viene prodotto principalmente attraverso la riduzione degli ossidi di ferro presenti nei minerali ferrosi (principalmente ematite Fe2O3 e magnetite Fe3O4). Quest’ultimi dopo l’estrazione, vengono frantumati, macinati e ripuliti prima di passare negli altiforni assieme a coke e calcare per ottenere ghisa. Si tratta di un materiale ancora grezzo e troppo ricco di carbonio per essere usato direttamente. Ma un ulteriore processo, lo trasforma in acciaio, materiale molto versatile e resistente.
Il metodo non è solo altamente energivoro (le temperature superano facilmente i 1000°C) ma rilascia come sottoprodotto CO2.
L’innovazione della ricerca
Il gruppo di studio dell’Università dell’Oregon ha descritto e pubblicato su ACS Energy Letters un modo per la produzione ecologica del ferro tramite l’elettrochimica, cioè utilizzando una serie di reazioni chimiche che trasformano l’acqua salata e l’ossido di ferro in ferro metallico puro.
Nella loro pubblicazione hanno identificato quali tipi di ossidi di ferro rendono le reazioni chimiche più convenienti. “Abbiamo un principio chimico, una sorta di regola di progettazione, che ci insegnerà come identificare gli ossidi di ferro a basso costo che potremmo usare in questi reattori”, ha detto uno degli autori.
Quando il gruppo a iniziato a lavorare sul processo ha sperimento diversi tipi di ossidi di ferro, provenienti da diverse fonti, evidenziando subito come alcuni funzionassero molto meglio di altri. Ma i ricercatori non erano sicuri di cosa determinasse la differenza nella quantità di ferro metallico che potevano generare da diversi materiali di partenza. Era la dimensione delle particelle di ossido di ferro? La composizione del materiale? La presenza o l’assenza di impurità specifiche?
Un gradino in più verso il ferro ecologico
Per trovare una risposta i ricercatori hanno condotto una serie di esperimenti trasformando la polvere di ossido di ferro in nanoparticelle. In uno di questi hanno notato che trattando termicamente alcune nanoparticelle, queste diventavano più dense e meno porose.
Da qui, la scoperta. “Con le particelle molto porose, possiamo produrre ferro molto rapidamente su una piccola area”, ha affermato Andrew Goldman, co-autore della ricerca. “Le particelle dense non riescono a raggiungere la stessa velocità, quindi la quantità di ferro che possiamo produrre per metro quadrato di elettrodi è limitata”. La velocità di produzione del ferro è cruciale per rendere il processo sostenibile anche dal punto di vista economico.
Secondo gli studiosi sono la forma e la porosità, e non le dimensioni, delle particelle di ossido metallico a determinare l’efficienza della produzione elettrochimica di ferro. Il loro processo parte dall’acqua salata in cui è immerso l’ossido di ferro sottoposto a corrente elettrica; entrambi, acqua e ossido di ferro economici e disponibili, servono a trasformare in ferro metallico attraverso una serie di reazioni chimiche indotte dalle correnti.
Reazioni che separano l’ossigeno dal ferro, lasciando come sottoprodotto il cloro, un elemento di valore commerciale. Questo metodo non solo elimina l’uso di combustibili fossili per la produzione di ferro metallico, ma produce anche materiali utili, rendendo il processo più sostenibile ed economicamente vantaggioso.
Produzione ecologica ed economica del ferro
“L’obiettivo – evidenzia Kempler, responsabile del laboratorio – non è solo inventare qualcosa che funzioni, ma trovare una soluzione che sia anche sostenibile e accessibile, e soprattutto meno dannosa per l’ambiente rispetto ai metodi attuali”.
Infatti, gli impianti elettrochimici su larga scala richiedono investimenti importanti. E se il materiale usato permette una produzione più veloce, allora il prezzo finale del ferro si abbatte.
Secondo il team, anche altri ossidi di ferro con struttura simile potrebbero funzionare bene. Basta tenere a mente che la porosità, quindi la superficie di reazione, conta tantissimo.
