Silicio mediante reducción aluminotérmica de cuarzo en escoria
El silicio es esencial para las aplicaciones humanas. Se utiliza mucho en electrónica y celdas fotovoltaicas y es uno de los principales componentes de la cerámica, los ladrillos y el cemento de Pórtland. Su suministro está en grave peligro y el silicio ha sido designado una de las treinta y cuatro materias primas fundamentales. La producción moderna de silicio consume mucha energía y carbono y genera enormes emisiones de CO2. Dado que la producción mundial de silicio se acercaba a 9 millones de toneladas en 2022, los métodos de producción más sostenibles y neutros en carbono tendrán un impacto tremendo. El proyecto pionero SisAl Pilot, financiado con fondos europeos, ha encontrado el proceso de cambio que la industria minera —y el planeta— necesitan, sustituyendo el proceso actual, intensivo en carbono, por otro que utiliza fuentes secundarias de aluminio y cuarzo (dióxido de silicio) en la producción de silicio a gran escala.
Reducción aluminotérmica del cuarzo en la escoria
Desde principios del siglo XX, el silicio se produce principalmente a partir del cuarzo (el mineral más abundante en la corteza terrestre) haciéndolo reaccionar con materiales que contienen carbono a muy alta temperatura en un horno de arco sumergido. Cada tonelada de silicio producida requiere un aporte eléctrico superior a 10 MWh y genera unas 5 toneladas de CO2. El equipo del proyecto SisAl Pilot ha permitido demostrar el primer (y único hasta la fecha) proceso alternativo de producción de silicio más allá de la escala de cien kilogramos. Según la coordinadora del proyecto, Gabriella Tranell, de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología: «El proceso SisAl sustituye los agentes reductores ricos en carbono por fuentes secundarias de aluminio, como chatarra al final de su vida útil y flujos secundarios de producción. La producción de silicio a partir de cuarzo mediante reducción aluminotérmica no genera emisiones directas de CO2. Además, el proceso de recuperación del aluminio es muy eficaz y el proceso SisAl puede utilizar con flexibilidad múltiples corrientes secundarias de cuarzo, como la escoria (un subproducto de óxidos metálicos y dióxido de silicio) y los residuos finos de cuarzo (residuos finamente molidos)». Además de su uso flexible de recursos y la reducción de emisiones, la reacción entre el aluminio y el cuarzo que se encuentra en la escoria libera energía en lugar de necesitarla.
Economía circular y simbiosis industrial
La sustitución del método de horno de arco sumergido carbotérmico por la reducción aluminotérmica del cuarzo en la escoria de SisAl Pilot no solo reduce el consumo de energía, materiales y emisiones. El silicio es el elemento de aleación más utilizado, especialmente valioso para mejorar las propiedades del aluminio. El proceso de SisAl Pilot permite concluir el ciclo entre las industrias del aluminio y el silicio en lo que constituye un ejemplo excepcional de simbiosis industrial que contribuye a una economía circular. «La metalurgia es una disciplina muy antigua. Los metales se producen por reducción carbotérmica desde la Edad de Bronce. Asimismo, se necesitan nuevos procesos y conocimientos fundamentales. Nos encontramos en el umbral de la mayor transformación de la historia de la industria: la descarbonización. La simbiosis industrial es sumamente importante para alcanzar este objetivo y el proceso SisAl ha demostrado que es posible», añade Tranell.
Un proyecto piloto a gran escala atrae la atención internacional
«Normalmente, la industria quiere pruebas de que un proceso funciona más allá del laboratorio para creer en su potencial comercial. El equipo del proyecto SisAl Pilot ha demostrado la reducción aluminotérmica del cuarzo a gran escala con diferentes reactores y mezclas de materias primas, atrayendo a agentes comerciales de todo el mundo para realizar análisis y cálculos personalizados de casos comerciales, incluidos estudios detallados sobre el impacto ambiental», señala Tranell. Una alternativa a la reducción carbotérmica está a punto de llegar al mercado, lo cual supone un salto evolutivo tremendo y promete un impacto sin precedentes en la sostenibilidad y la mitigación del cambio climático.
Palabras clave
SisAl Pilot, silicio, cuarzo, aluminio, reducción aluminotérmica, escoria, horno de arco sumergido, simbiosis industrial, economía circular, materias primas fundamentales
