Forscher haben eine wirtschaftlich machbare Methode entwickelt, um mit Wasserstoff giftigen Rotschlamm, der bei der Aluminiumproduktion entsteht, in etwa 10 Minuten zu schmelzen und so grünen Stahl herzustellen, wodurch die Umweltbelastung der Stahl- und Aluminiumindustrie verringert wird.

Die Aluminiumindustrie produziert jedes Jahr etwa 198 Millionen Tonnen (ca. 180 Millionen Tonnen) Bauxitrückstände – „Rotschlamm“ –, der aufgrund seiner hohen Alkalität und seines hohen Gehalts an giftigen Schwermetallen äußerst ätzend ist. In Ländern wie Australien, China und Brasilien wird übrig gebliebener Rotschlamm oft auf riesigen Mülldeponien entsorgt, wo die Entsorgung kostspielig ist. Auch die Stahlindustrie verursacht schwere Umweltschäden und ist für 8 % der weltweiten gesamten Kohlendioxidemissionen verantwortlich. Allerdings wird erwartet, dass die Nachfrage nach Stahl und Aluminium bis 2050 um bis zu 60 % wachsen wird.

Aber Wissenschaftler am deutschen Max-Planck-Institut für Eisenforschung haben möglicherweise eine Möglichkeit, giftige Rotschlamm-Nebenprodukte aus der Aluminiumproduktion in grünen Stahl umzuwandeln.

„Unser Verfahren kann gleichzeitig das Schrottproblem in der Aluminiumproduktion lösen und den CO2-Fußabdruck der Stahlindustrie verbessern“, sagte Matic-Jovicevic-Kruger, Hauptautorin der Studie. „Gleichzeitig das Schrottproblem in der Aluminiumproduktion lösen und den CO2-Fußabdruck der Stahlindustrie verbessern.“

Rotschlamm enthält bis zu 60 % Eisenoxid. Durch die Verwendung von Plasma mit 10 % Wasserstoff zum Schmelzen von Rotschlamm in einem Lichtbogenofen kann dieser zu flüssigem Eisen und flüssigem Oxid reduziert werden, was eine einfache Extraktion von Eisen ermöglicht. Forscher sagen, dass die Plasmareduktionstechnologie nur 10 Minuten dauert und das erzeugte Eisen so rein ist, dass es direkt zu Stahl verarbeitet werden kann. Das nicht mehr korrosive Metalloxid verfestigt sich beim Abkühlen und kann so in ein glasartiges Material umgewandelt werden, das als Füllstoff in der Bauindustrie eingesetzt werden kann.

Andere Forscher haben eine ähnliche Methode zur Herstellung von Eisen aus Rotschlamm verwendet, allerdings unter Verwendung von Koks; Allerdings führt diese Methode zu einer starken Verunreinigung des Eisens und der Produktion großer Mengen Kohlendioxid. Die in der neuen Studie verwendete Methode vermeidet den Ausstoß dieser Treibhausgase durch den Einsatz von grünem Wasserstoff als Reduktionsmittel.

Isnaldi Souza Filho, korrespondierender Autor der Studie, sagte: „Wenn grüner Wasserstoff verwendet wird, um Eisen aus den bisher 4 Milliarden Tonnen Rotschlamm zu gewinnen, die in der weltweiten Aluminiumproduktion anfallen, könnte die Stahlindustrie fast 1,5 Milliarden Tonnen Kohlendioxid einsparen.“

Durch diesen Prozess werden die ursprünglich im Rotschlamm enthaltenen giftigen Schwermetalle „nahezu neutralisiert“. Eventuell verbleibende Schwermetalle sind in den Metalloxiden fest gebunden und werden nicht wie Rotschlamm auf Mülldeponien vom Wasser weggespült.

„Nach der Reduktion haben wir Chrom im Eisen nachgewiesen. Möglicherweise gelangten auch andere Schwer- und Edelmetalle in das Eisen oder in eine separate Zone. Das werden wir in weiteren Studien untersuchen. Wertvolle Metalle können abgetrennt und wiederverwendet werden“, sagt Jovičević-Klug.

Forscher sagen, dass die direkte Nutzung von grünem Wasserstoff zur Herstellung von Eisen aus Rotschlamm nicht nur „doppelt vorteilhaft“ für die Umwelt, sondern auch äußerst wirtschaftlich ist. Ihren Berechnungen zufolge würde ein Eisenoxidgehalt von 35 % im Rotschlamm ausreichen, um das Verfahren wirtschaftlich zu machen. Berechnet man die Kosten für grünen Wasserstoff und Elektrolichtbogenofenstrom zu aktuellen Preisen zuzüglich der Kosten für die Deponierung von Rotschlamm, muss der Eisenoxidanteil im Rotschlamm 30 bis 40 % erreichen, damit das produzierte Eisen auf dem Markt wettbewerbsfähig sein kann.

Hierbei handelt es sich um konservative Schätzungen, da die Kosten für die Verarbeitung von Rotschlamm voraussichtlich recht niedrig sind. Darüber hinaus werden Elektrolichtbogenöfen häufig in der Metallindustrie, einschließlich Aluminiumhütten, eingesetzt, wo sie mit begrenzten Investitionen eine größere Nachhaltigkeit erreichen können.

Dierk Raabe, Co-Autor der Studie, sagte: „In unserer Studie war es auch wichtig, wirtschaftliche Faktoren zu berücksichtigen. Es liegt nun an der Industrie, zu entscheiden, ob Plasma zur Eisenreduzierung im Rotschlamm eingesetzt wird.“

Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.