Noruega es el mayor productor de aluminio y silicio de Europa. La industria del metal es una de las industrias de exportación más importantes del país, pero también representa el 10% de sus emisiones de CO2. Noruega necesita urgentemente reducir sus niveles de emisión en los métodos de producción actuales para alcanzar sus objetivos climáticos.
Afuera el carbono
NTNU ha obtenido una patente para un proceso industrial que eliminará todas las emisiones directas de CO2 y NOx. El proceso ha sido denominado SisAl.
El cuarzo es la materia prima tanto en el proceso de fundición tradicional como en el método SisAl. Con la tecnología actual, se forma CO2 cuando el cuarzo reacciona con el carbono. En lugar de carbón, el proceso SisAl utiliza aluminio como agente reductor, evitando así la formación de CO2.
“Tecnológicamente, creemos que nada se interpone en el camino de producir silicio a escala industrial con el nuevo método. Y ahorra energía”, dice Maria Wallin, investigadora de materiales en NTNU.
El proceso SisAl es exotérmico, lo que significa que la reacción entre el cuarzo y el aluminio libera energía. El método actual es endotérmico y se necesita agregar energía para reducir el cuarzo. SisAl utiliza solo un tercio del consumo de energía por tonelada de silicio terminado.
La tecnología tradicional utiliza del 85% al 92% del cuarzo que se pone en el horno. SisAl utiliza 97% a 99% porque el proceso también puede usar cuarzo en forma de polvo.
Wallin y la profesora Gabriella Tranell coordinan conjuntamente los grandes proyectos de la UE SisAl Pilot y SisAl Slag, que están dirigidos por NTNU. Veintidós socios en investigación e industria en Europa y Sudáfrica han desarrollado el proceso basado en la patente de NTNU. Se han llevado a cabo decenas de pruebas piloto en el centro piloto de Elkem en Fiskaa en Kristiansand y en la fundición Fundiciones Rey en España.
El huevo de Colón
Wallin dice que el método SisAl tiene otras ventajas. Además de eliminar todas las emisiones directas de CO2 y NOx y ahorrar energía, el nuevo proceso de fabricación de silicio utilizará escoria y chatarra de la industria del aluminio.
El proceso SisAl puede utilizar escoria como agente reductor en la producción de silicio. Lo mismo se aplica a la chatarra fina de aluminio, por ejemplo, de envases de alimentos. El proceso SisAl también crea escoria, como óxido de calcio y óxido de aluminio, pero estas son sustancias que la industria del acero demanda, dice Wallin.
El nuevo proceso de fundición también aprovecha mejor la materia prima, ya que se puede utilizar cuarzo fino (“finos”). En el proceso tradicional, los finos deben eliminarse.
Economía circular
“El desafío al que dedicamos más tiempo en este momento es crear un modelo comercial circular que incluya las industrias del metal. Vemos grandes oportunidades para sinergias que beneficiarían tanto al medio ambiente como a la economía”, dijo Wallin.
“Buscamos utilizar mejor las materias primas y encontrar las emisiones más bajas posibles, el menor consumo de energía, la máxima reutilización y el menor desperdicio posible. El tamaño del impuesto que las autoridades imponen a las emisiones de CO2, por supuesto, también es un factor en el cálculo”, dice Wallin.
Próximos pasos
El silicio es producido por Elkem y Wacker en Noruega. Wallin cree que las fundiciones de silicio actuales podrían usar la tecnología SisAl sin grandes inversiones como complemento o reemplazo parcial de la producción actual.
Se está construyendo una planta piloto para la producción de SisAl en Sudáfrica como parte de un proyecto de la UE. Wallin considera que esto es un hito antes de la eventual construcción de una instalación a escala industrial.
La UE aspira a ser autosuficiente
La UE ha designado al silicio como un metal de importancia crítica. El silicio tiene propiedades semiconductoras y es un material fundamental en las placas de circuito, las células solares y todos los dispositivos electrónicos.
El silicio, en aleaciones con aluminio, también forma parte de muchos de los materiales que utilizamos a diario. Hoy, China representa dos tercios de la producción de silicio en el mundo.
La producción mundial de aluminio es de 60 millones de toneladas métricas. La producción de silicio es de 12 millones de toneladas métricas. Europa produce menos de la mitad de sus necesidades. La UE desea volverse más autosuficiente en metales clave, lo que se ha convertido en una prioridad importante desde la invasión de Ucrania. La Comisión Europea también cree que las industrias del silicio, el aluminio y las ferroaleaciones corren el riesgo de trasladarse a países de bajo costo debido a los requisitos ambientales más estrictos en Europa.
La chatarra de aluminio se exporta anualmente desde Europa por una suma de 600.000 toneladas métricas. La UE tiene como objetivo eliminar gradualmente estas exportaciones para evitar la pérdida de materias primas valiosas.
Noruega en una posición de ensueño
Gracias a la energía hidroeléctrica, la producción metalúrgica noruega se encuentra entre las más limpias del mundo. Islandia está en la misma clase debido a su energía geotérmica e hidroeléctrica.
“Noruega se encuentra en una posición única para poder producir silicio y aluminio con métodos aún más respetuosos con el medio ambiente que los que se hacen hoy. Para el silicio, creo que estamos cerca de un cambio tecnológico. También están sucediendo muchas cosas en la industria del aluminio. Al mismo tiempo, el potencial para una producción más limpia y una mejor utilización de los recursos es aún mayor cuando dos industrias importantes pueden trabajar juntas”, dijo Wallin.
“Noruega también tiene la ventaja de las distancias de transporte cortas entre las instalaciones de las dos industrias. Creemos que el proceso SisAl puede reemplazar completamente el método actual, pero probablemente llevará tiempo”, dijo.
Se ha publicado una versión de la investigación en el servidor de preimpresión SSRN Electronic Journal.
Fuente: Tech Xplore.
