Silicio ottenuto tramite la riduzione alluminotermica del quarzo nelle scorie
Il silicio è essenziale per le applicazioni umane: è infatti ampiamente utilizzato nell’elettronica e nelle celle solari ed è uno dei principali componenti di ceramiche, mattoni e cemento Portland. Il suo approvvigionamento è ad alto rischio ed è stato designato come una delle 34 materie prime critiche. La produzione di silicio all’avanguardia è ad alta intensità energetica e di carbonio e genera enormi emissioni di CO2. Considerando che nel 2022 la produzione globale di silicio è stata prossima ai 9 milioni di tonnellate, i metodi di produzione più sostenibili e a zero emissioni di carbonio eserciteranno un impatto enorme. Il progetto pionieristico SisAl Pilot, finanziato dall’UE, ha fornito il cambiamento radicale di cui l’industria mineraria, e il pianeta, hanno bisogno, sostituendo l’attuale processo ad alta intensità di carbonio con uno che utilizza fonti secondarie di alluminio e quarzo (biossido di silicio) nella produzione di silicio su larga scala.
Riduzione alluminotermica del quarzo nelle scorie
Dagli inizi del 1900 il silicio viene prodotto principalmente a partire dal quarzo (il minerale più abbondante nella crosta terrestre), che viene fatto reagire con materiali contenenti carbonio a temperature molto elevate in un forno ad arco sommerso. Ogni tonnellata di silicio prodotta richiede un input elettrico superiore a 10 MWh e genera circa 5 tonnellate di CO2. Il progetto SisAl Pilot ha consentito di dimostrare il primo (e finora unico) processo alternativo di produzione del silicio oltre la scala dei 100 kg. Secondo la coordinatrice del progetto Gabriella Tranell, dell’Università norvegese di Scienza e Tecnologia, «il processo di SisAl sostituisce gli agenti riducenti ricchi di carbonio con fonti secondarie di alluminio, quali le scorie a fine vita e i flussi laterali della produzione. Produrre silicio dal quarzo tramite riduzione alluminotermica non genera emissioni dirette di CO2. Inoltre, il recupero dell’alluminio è molto efficiente e il processo di SisAl può utilizzare in modo flessibile diversi flussi secondari di quarzo, quali le scorie (un sottoprodotto degli ossidi metallici e del biossido di silicio) e gli sterili fini di quarzo (residui finemente macinati)». Oltre all’uso flessibile delle risorse e alla riduzione delle emissioni, la reazione tra l’alluminio e il quarzo presente nelle scorie rilascia energia anziché richiederla.
Economia circolare e simbiosi industriale
Sostituire l’approccio carbotermico del forno ad arco sommerso con la riduzione alluminotermica del quarzo nelle scorie proposta dal progetto SisAl Pilot non significa solo ridurre il consumo di energia e materiali e le emissioni. Il silicio è l’elemento di lega più utilizzato, particolarmente utile per migliorare le proprietà dell’alluminio. Il processo di SisAl Pilot chiude il cerchio tra l’industria dell’alluminio e quella del silicio in un esempio eccezionale di simbiosi industriale che contribuisce a un’economia circolare. «La metallurgia è una disciplina molto antica, dal momento che i metalli sono stati prodotti tramite riduzione carbotermica fin dall’età del bronzo. Ora sono necessari nuovi processi e conoscenze fondamentali, poiché siamo ormai alle soglie della più grande trasformazione nella storia del settore: la decarbonizzazione. La simbiosi industriale è estremamente importante per conseguire questo obiettivo e il processo di SisAl ha dimostrato che è possibile», aggiunge Tranell.
Un progetto pilota su larga scala che attira l’attenzione internazionale
«Generalmente l’industria vuole avere la dimostrazione del fatto che un processo funzioni al di fuori del laboratorio per credere nel suo potenziale commerciale. Il progetto SisAl Pilot ha dimostrato la riduzione alluminotermica del quarzo su larga scala con diversi reattori e miscele di materie prime, attirando attori commerciali da ogni parte del mondo per discussioni e calcoli personalizzati relativi ai casi aziendali, compresi studi dettagliati sull’impatto ambientale», osserva Tranell. Con un enorme balzo evolutivo, sta per giungere sul mercato un’alternativa alla riduzione carbotermica, che promette un impatto senza precedenti a livello di sostenibilità e mitigazione dei cambiamenti climatici.
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