Purificando o 'metal milagroso': como descarbonizar o alumínio

Sem avanços na reciclagem e descarbonização, as emissões do setor de alumínio podem chegar a quase 2 bilhões de toneladas até 2050.

Por Ramon Arratia e Nancy Gillis

3 de fevereiro de 2023

Componentes de alumínio. Imagem via Shutterstock/Rocharibeiro

[Este artigo faz parte de uma série de membros da First Movers Coalition. Você pode ler mais histórias sobre a iniciativa aqui.]

O alumínio foi descrito como um "metal milagroso". Embora seja o metal mais abundante na crosta terrestre, as complexidades envolvidas em seu refino tornaram o alumínio mais precioso do que a prata ou o ouro durante o século XIX. Napoleão III o valorizava tanto que servia a seus convidados mais honrados a comida em pratos de alumínio. Ele continua sendo um material de alto valor hoje, valorizado por sua versatilidade leve, resistência de nível militar, resistência à corrosão e porque é infinitamente reciclável.

Então, como não gostar? Bem, a série de processos intensivos em energia que transformam o minério bruto de bauxita em um metal puro emite em média 16 toneladas métricas de CO2 para cada tonelada métrica de alumínio primário produzido. O setor como um todo gera cerca de 1,1 bilhão de toneladas métricas de CO2 a cada ano, representando 2% das emissões globais produzidas pelo homem. Mais de 60% dessas emissões vêm da produção da eletricidade consumida durante o processo de fundição.

Além disso, prevê-se que a demanda pelo metal milagroso - impulsionada por setores como transporte, construção, embalagem e setor elétrico - aumente quase 40% até 2030. Dois terços desse crescimento são esperados da China e da Ásia, uma preocupação dado que o processo de fundição da China depende fortemente de usinas elétricas movidas a carvão cativas. Sem avanços na reciclagem e na descarbonização, as emissões do setor podem chegar a quase 2 bilhões de toneladas até 2050.

Um punhado de novas tecnologias tem o potencial de limpar o alumínio, mas apenas as mais ambiciosas atingem a dura meta da Coalizão dos Primeiros Movimentadores (FMC) do Fórum Econômico Mundial, uma iniciativa global para aproveitar o poder de compra das empresas para descarbonizar os produtos mais pesados ​​do planeta. indústrias emissoras. Os membros da FMC se comprometeram com uma meta de que pelo menos 10% do alumínio primário que adquirem anualmente até 2030 seja produzido por meio de processos de emissões quase zero. A definição de "quase zero" é a parte difícil: emitir menos de três toneladas métricas de CO2 por tonelada métrica de alumínio primário. Isso representa uma enorme redução nas emissões atuais de 85% ou mais.

Para entender como alcançar uma descarbonização tão profunda, precisamos de um rápido tour pelo processo de fabricação do alumínio. A bauxita é a matéria-prima - é extraída do solo e refinada em óxido de alumínio, ou "alumina", por meio de um processo multifásico que inclui aquecimento a cerca de 1.000 graus Celsius. Para atingir esse calor, muitas refinarias queimam combustíveis fósseis no local, que emitem grandes quantidades de CO2 no processo. O segundo processo, conhecido como smelting, transforma a alumina em puro alumínio metálico por meio da eletrólise, que utiliza muita eletricidade e ânodos de carbono que também emitem grandes quantidades de CO2.

A boa notícia é que as formas existentes de energia renovável – como hidrelétrica ou solar – nos levarão a cerca de dois terços do caminho para emissões zero de alumínio. Podemos usar energia limpa para as novas caldeiras eletrificadas e calcinadores envolvidos no refino de minério de bauxita em alumina – e também para o processo de fundição com uso intensivo de eletricidade. Mas isso pode ser caro no curto prazo. Significa mover as plantas para locais com acesso a energia renovável e modernizar as refinarias para instalar os novos equipamentos.

Algumas novas tecnologias emergentes – que podem ser implementadas em fábricas de alumínio existentes – podem ajudar a diminuir a distância em direção ao alumínio de emissão zero. O processo de fundição pode ser totalmente descarbonizado substituindo os ânodos de carbono por ânodos inertes que emitem oxigênio em vez de CO2. Um processo conhecido como "recompressão mecânica de vapor" permite que a energia térmica necessária para o refino seja reciclada em vez de liberada. E para as emissões restantes, existem tecnologias como captura, uso e armazenamento de carbono (CCUS) para interceptar as emissões dos processos de refino e fundição. Quando algumas dessas tecnologias inovadoras são usadas em conjunto, elas podem fazer com que todo o processo de produção de alumínio fique abaixo do limite de 3 toneladas métricas de CO2 por tonelada métrica de alumínio primário.