Une nouvelle méthode de fabrication du fer pourrait réduire les émissions de carbone

xguru · 2024-02-11T10:02:01+09:00

Le fer est le principal composant de l’acier et pèse lourd sur l’atmosphère terrestre, représentant 8 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre Des chimistes ont mis au point une méthode qui pourrait rendre la production de fer beaucoup plus respectueuse de l’environnement Cette méthode, qui utilise l’électricité pour convertir le minerai de fer et l’eau salée en fer métallique et en d’autres substances chimiques utiles à l’industrie, est rentable, fonctionne bien avec l’électricité fournie par l’éolien et le solaire, et pourrait même être carbone négatif en consommant plus de dioxyde de carbone (CO2) qu’elle n’en produit Extraction du fer et nouvelle approche Le fer est l’un des éléments les plus abondants sur Terre, mais à l’état naturel il est lié à l’oxygène dans les différents minéraux qui composent le minerai de fer Pour extraire le fer métallique, on chauffe généralement le minerai de fer mélangé à un charbon à forte teneur en carbone appelé coke à une température élevée d’environ 1500°C Dans ce processus, les atomes de carbone retirent les atomes d’oxygène du fer, libérant du CO2 dans l’atmosphère et laissant du métal fondu Les sidérurgistes combinent ensuite ce fer avec de petites quantités de carbone et d’autres métaux traces pour produire de l’acier Les problèmes de la fabrication du fer et de l’acier Cette méthode de production du fer et de l’acier est peu coûteuse et éprouvée, mais elle émet une quantité importante de CO2 Chaque année, 2,5 milliards de tonnes de fer sont extraites, et le processus de réduction en fer métallique émet autant de CO2 que l’ensemble des gaz d’échappement des voitures particulières Les scientifiques cherchent donc une méthode économiquement viable pour produire du fer métallique sans générer de gaz à effet de serre Une nouvelle approche électrochimique pour affiner le fer Paul Kempler, chimiste spécialiste du génie chimique à l’université de l’Oregon, et ses collègues se sont demandé si un procédé industriel de production de chlore à partir d’eau salée pouvait être réutilisé pour la fabrication du fer Dans ce procédé « chlor-alkali », de l’eau contenant du chlorure de sodium est introduite dans une cellule électrochimique ; à l’anode, des électrons sont arrachés aux ions chlorure pour produire du chlore gazeux, tandis qu’à la cathode, les électrons scindent les molécules d’eau, qui se combinent avec les ions sodium pour former de l’hydroxyde de sodium et de l’hydrogène gazeux Pour affiner le fer, l’équipe de Kempler a ajouté des particules d’oxyde de fer à la cathode, de sorte que les électrons libèrent les atomes d’oxygène de l’oxyde de fer, forment de l’hydroxyde de sodium et laissent du fer métallique solide Efficacité et avantages potentiels de la nouvelle méthode Ce procédé est très efficace, et les chercheurs estiment qu’en vendant le chlore et une partie de l’hydroxyde de sodium aux prix actuels du marché, l’ensemble du processus pourrait produire du fer à un coût global à peu près équivalent à celui de la fabrication du fer dans un haut fourneau Comme l’hydroxyde de sodium peut se lier au CO2 pour le convertir en minéraux carbonés, ce procédé pourrait aider à capter le CO2 et même être carbone négatif Défis et perspectives pour une application industrielle Il reste encore un long chemin entre les expériences de laboratoire et un procédé industriel, et plusieurs problèmes doivent être résolus pour changer d’échelle. L’installation du groupe de l’Oregon produit autant de chlore gazeux que de fer, et bien que le chlore ait de nombreux usages industriels, les volumes générés par une version à grande échelle de cette méthode pourraient dépasser les besoins et provoquer de la pollution. En outre, l’oxyde de fer de départ doit être propre, sans les impuretés présentes dans la plupart des minerais, ce qui pourrait rendre le raffinage coûteux Kempler reconnaît que ces inquiétudes sont légitimes, mais souligne qu’en adaptant l’augmentation de la production aux besoins industriels en chlore, il serait toujours possible de produire chaque année des dizaines de millions de tonnes de fer et de chlore sans CO2 Concernant le raffinage de l’oxyde de fer, comme on sait que l’hydroxyde de sodium se lie aux impuretés traces du minerai de fer, une partie pourrait être utilisée pour purifier l’oxyde de fer avant son passage dans le réacteur, et ce projet est actuellement en cours de test

(science.org)

4 points par xguru 2024-02-11 | 5 commentaires | Partager sur WhatsApp

Le fer est le principal composant de l’acier et pèse lourd sur l’atmosphère terrestre, représentant 8 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre
Des chimistes ont mis au point une méthode qui pourrait rendre la production de fer beaucoup plus respectueuse de l’environnement
Cette méthode, qui utilise l’électricité pour convertir le minerai de fer et l’eau salée en fer métallique et en d’autres substances chimiques utiles à l’industrie, est rentable, fonctionne bien avec l’électricité fournie par l’éolien et le solaire, et pourrait même être carbone négatif en consommant plus de dioxyde de carbone (CO2) qu’elle n’en produit

Extraction du fer et nouvelle approche

Le fer est l’un des éléments les plus abondants sur Terre, mais à l’état naturel il est lié à l’oxygène dans les différents minéraux qui composent le minerai de fer
Pour extraire le fer métallique, on chauffe généralement le minerai de fer mélangé à un charbon à forte teneur en carbone appelé coke à une température élevée d’environ 1500°C
Dans ce processus, les atomes de carbone retirent les atomes d’oxygène du fer, libérant du CO2 dans l’atmosphère et laissant du métal fondu
Les sidérurgistes combinent ensuite ce fer avec de petites quantités de carbone et d’autres métaux traces pour produire de l’acier

Les problèmes de la fabrication du fer et de l’acier

Cette méthode de production du fer et de l’acier est peu coûteuse et éprouvée, mais elle émet une quantité importante de CO2
Chaque année, 2,5 milliards de tonnes de fer sont extraites, et le processus de réduction en fer métallique émet autant de CO2 que l’ensemble des gaz d’échappement des voitures particulières
Les scientifiques cherchent donc une méthode économiquement viable pour produire du fer métallique sans générer de gaz à effet de serre

Une nouvelle approche électrochimique pour affiner le fer

Paul Kempler, chimiste spécialiste du génie chimique à l’université de l’Oregon, et ses collègues se sont demandé si un procédé industriel de production de chlore à partir d’eau salée pouvait être réutilisé pour la fabrication du fer
Dans ce procédé « chlor-alkali », de l’eau contenant du chlorure de sodium est introduite dans une cellule électrochimique ; à l’anode, des électrons sont arrachés aux ions chlorure pour produire du chlore gazeux, tandis qu’à la cathode, les électrons scindent les molécules d’eau, qui se combinent avec les ions sodium pour former de l’hydroxyde de sodium et de l’hydrogène gazeux
Pour affiner le fer, l’équipe de Kempler a ajouté des particules d’oxyde de fer à la cathode, de sorte que les électrons libèrent les atomes d’oxygène de l’oxyde de fer, forment de l’hydroxyde de sodium et laissent du fer métallique solide

Efficacité et avantages potentiels de la nouvelle méthode

Ce procédé est très efficace, et les chercheurs estiment qu’en vendant le chlore et une partie de l’hydroxyde de sodium aux prix actuels du marché, l’ensemble du processus pourrait produire du fer à un coût global à peu près équivalent à celui de la fabrication du fer dans un haut fourneau
Comme l’hydroxyde de sodium peut se lier au CO2 pour le convertir en minéraux carbonés, ce procédé pourrait aider à capter le CO2 et même être carbone négatif

Défis et perspectives pour une application industrielle

Il reste encore un long chemin entre les expériences de laboratoire et un procédé industriel, et plusieurs problèmes doivent être résolus pour changer d’échelle.
L’installation du groupe de l’Oregon produit autant de chlore gazeux que de fer, et bien que le chlore ait de nombreux usages industriels, les volumes générés par une version à grande échelle de cette méthode pourraient dépasser les besoins et provoquer de la pollution.
En outre, l’oxyde de fer de départ doit être propre, sans les impuretés présentes dans la plupart des minerais, ce qui pourrait rendre le raffinage coûteux
Kempler reconnaît que ces inquiétudes sont légitimes, mais souligne qu’en adaptant l’augmentation de la production aux besoins industriels en chlore, il serait toujours possible de produire chaque année des dizaines de millions de tonnes de fer et de chlore sans CO2
Concernant le raffinage de l’oxyde de fer, comme on sait que l’hydroxyde de sodium se lie aux impuretés traces du minerai de fer, une partie pourrait être utilisée pour purifier l’oxyde de fer avant son passage dans le réacteur, et ce projet est actuellement en cours de test

5 commentaires

rich8485 2024-02-11

Ils forcent vraiment à s’inscrire, ces types...
Le battage médiatique prend vraiment toutes les formes.
Est-ce que le fond change parce qu’on a modifié un seul mot ?
Ça irait bien avec l’électricité produite par le solaire et l’éolien ? Haha.
Sérieusement, c’est quoi cette électricité, une super ultra électricité ? Non mais franchement... Je comprends bien qu’ils veulent forcer l’idée que c’est écologique parce que c’est de l’énergie renouvelable... mais au final, ce n’est pas juste de l’autosatisfaction ?

constexprif 2024-02-13

Même si le solaire et l’éolien ne sont pas forcément la solution, si on arrive vraiment à produire une électricité super ultra propre, alors ce sera écologique.

halfenif 2024-02-11

Du point de vue de quelqu’un qui travaille actuellement sur un projet IT lié, de façon très indirecte, à la « neutralité carbone 2050 », c’est très intéressant.

Je pensais que les émissions de carbone ou la production d’acier n’avaient pas grand-chose à voir avec l’IT sur laquelle je travaille… mais quand on examine l’ensemble du projet, on se rend compte qu’il y aura probablement de plus en plus de projets lancés à cause de sujets liés aux émissions de carbone.

xguru 2024-02-11

Avis sur Hacker News

Du point de vue d’un joueur de Factorio
- Passer à la production de fer avec des fours électriques permet de réduire la pollution et d’économiser aussi les tapis de transport de charbon.
- Utiliser des panneaux solaires est un bon choix.
Avis sur le procédé chlore-alcali
- Le procédé chlore-alcali génère des dioxines et des composés polychlorés, qui représentent plus de 80 % des déchets toxiques.
- Faire passer l’affinage du fer à l’électrolyse ne semble pas être une solution miracle.
- En revanche, cette recherche pourrait être utile pour la réduction d’autres métaux à partir de leurs éléments, plutôt que pour des métaux de masse.
Avis sur la production d’acier au Royaume-Uni
- Le Royaume-Uni prétend ne pas émettre de CO2 en arrêtant sa propre production d’acier pour importer à la place.
Point de vue sur la fabrication de l’acier à l’électricité
- Les régions désertiques riches en solaire, comme l’Afrique du Nord ou le Moyen-Orient, sont des endroits idéaux pour fabriquer de l’acier.
Impression sur la recherche visant à produire du fer à partir des sous-produits toxiques du raffinage de l’aluminium
- La recherche sur une méthode rentable pour transformer la boue rouge, sous-produit toxique du raffinage de l’aluminium, en fer de valeur est impressionnante.
Mention de la poussée pour l’« acier vert » en Allemagne
- L’Allemagne pousse actuellement très activement l’« acier vert ».
Épisode sur la fabrication de ciment Portland carbone négatif
- Un épisode sur la fabrication de ciment Portland carbone négatif pour la construction est intéressant.
Mention de l’amélioration du procédé par l’entreprise Helios Space
- Il existe une entreprise appelée Helios Space qui a résolu plusieurs problèmes en ajoutant du sodium, et cette méthode peut aussi s’appliquer à l’affinage d’autres éléments.
Proposition autour d’une batterie à flux acide-base
- Question sur la possibilité d’utiliser HCL et NAOH pour faire fonctionner une batterie à flux acide-base pendant les heures de pointe.
- Le rendement pourrait être faible, car l’hydrogène devrait être produit par électrolyse.
Regard critique sur les arguments économiques
- L’évaluation par les pairs examine les méthodes expérimentales et l’analyse des données, mais pas les arguments économiques.
- La production de grandes quantités de chlore gazeux (très toxique) et la nécessité d’un minerai de fer d’une très grande pureté sont requises, et la prise en compte des coûts de purification manque.