La producción verde de silicio podría ser posible en dos o tres años

Jul 10, 2023

ESTE ARTÍCULO/COMUNICADO DE PRENSA ES PAGADO Y PRESENTADO POR NTNU Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología - leer más

Noruega es el mayor productor europeo de aluminio y silicio. La industria del metal es una de las industrias exportadoras más importantes del país, pero también representa el 10 por ciento de sus emisiones de CO2.

Noruega necesita urgentemente reducir sus niveles de emisiones en los métodos de producción actuales para alcanzar sus objetivos climáticos.

NTNU ha obtenido una patente para un proceso industrial que eliminará todas las emisiones directas de CO2 y NOx. El proceso ha sido denominado SisAl.

El cuarzo es la materia prima tanto en el proceso de fundición tradicional como mediante el método SisAl.

Con la tecnología actual, el CO2 se forma cuando el cuarzo reacciona con el carbono. En lugar de carbono, el proceso SisAl utiliza aluminio como agente reductor, evitando así la formación de CO2.

“Tecnológicamente creemos que con el nuevo método nada se interpone en el camino para producir silicio a escala industrial. Y ahorra energía”, afirma Maria Wallin, investigadora de materiales de NTNU.

“El proceso SisAl es exotérmico, lo que significa que la reacción entre el cuarzo y el aluminio libera energía. El método actual es endotérmico y es necesario añadir energía para reducir el cuarzo. SisAl utiliza sólo un tercio del consumo de energía por tonelada de silicio acabado", afirma Wallin.

La tecnología tradicional utiliza entre el 85 y el 92 por ciento del cuarzo que se introduce en el horno. SisAl utiliza entre el 97 y el 99 por ciento porque el proceso también puede utilizar cuarzo en forma de polvo.

Wallin y la profesora Gabriella Tranell coordinan los grandes proyectos de la UE SisAl Pilot y SisAl Slag, liderados por NTNU. 22 socios de investigación e industria en Europa y Sudáfrica han desarrollado el proceso basado en la patente de NTNU.

Se han llevado a cabo decenas de pruebas piloto en el centro piloto de Elkem en Fiskaa, en el sur de Noruega, y en la fundición Fundiciones Rey en España.

Wallin dice que el método SisAl tiene otras ventajas.

Además de eliminar todas las emisiones directas de CO2 y NOx y ahorrar energía, el nuevo proceso de fabricación de silicio utilizará escorias (escoria) y chatarra de la industria del aluminio.

El proceso SisAl puede utilizar escoria como agente reductor en la producción de silicio. Lo mismo se aplica a la chatarra fina de aluminio, por ejemplo de envases de alimentos.

El proceso SisAl también genera escorias, como óxido de calcio y óxido de aluminio, pero estas son sustancias muy demandadas por la industria siderúrgica, afirma Wallin.

El nuevo proceso de fundición también aprovecha mejor la materia prima, ya que se puede utilizar cuarzo fino ("fines"). En el proceso tradicional hay que eliminar las multas.

“El desafío al que dedicamos más tiempo en este momento es crear un modelo de negocio circular que incluya a las industrias del metal. Vemos grandes oportunidades de sinergias que beneficiarían tanto al medio ambiente como a la economía”, afirma Wallin. “Buscamos utilizar mejor las materias primas y encontrar las menores emisiones posibles, menos consumo de energía, la máxima reutilización y el menor desperdicio posible. Por supuesto, también se tiene en cuenta el importe del impuesto que las autoridades imponen a las emisiones de CO2."

El silicio lo producen Elkem y Wacker en Noruega. Wallin cree que las fundiciones actuales de silicio podrían utilizar la tecnología SisAl sin grandes inversiones como complemento o reemplazo parcial de la producción actual.

En Sudáfrica se está construyendo una planta piloto para la producción de SisAl como parte de un proyecto de la UE. Wallin considera que esto es un hito antes de la eventual construcción de una instalación a escala industrial.

La UE ha designado al silicio como un metaloide de importancia crítica. El silicio tiene propiedades semiconductoras y es un material fundamental en placas de circuitos, células solares y todos los componentes electrónicos.

El silicio, en aleaciones con aluminio, también forma parte de muchos de los materiales que utilizamos a diario. Hoy en día, China representa dos tercios de la producción de silicio del mundo.

La producción mundial de aluminio es de 60 millones de toneladas. La producción de silicio es de 12 millones de toneladas.

Europa produce menos de la mitad de sus necesidades. La UE desea volverse más autosuficiente en metales clave, lo que se ha convertido en una gran prioridad desde la invasión de Ucrania.

La Comisión Europea también cree que las industrias del silicio, el aluminio y las ferroaleaciones corren el riesgo de ser trasladadas a países de bajo coste debido a los requisitos medioambientales más estrictos en Europa.

Cada año se exportan desde Europa chatarra de aluminio por valor de 600.000 toneladas. La UE pretende eliminar progresivamente estas exportaciones para evitar la pérdida de valiosas materias primas.

Gracias a la energía hidroeléctrica, la producción de metales noruega se encuentra entre las más limpias del mundo. Islandia está en la misma clase debido a su energía geotérmica e hidroeléctrica.

“Noruega se encuentra en una posición única para poder producir silicio y aluminio mediante métodos aún más respetuosos con el medio ambiente que los que se utilizan hoy en día. En el caso del silicio, creo que estamos cerca de un cambio tecnológico. También están sucediendo muchas cosas en la industria del aluminio. Al mismo tiempo, el potencial para una producción más limpia y una mejor utilización de los recursos es aún mayor cuando dos industrias importantes pueden trabajar juntas”, afirma Wallin. “Noruega también tiene la ventaja de que las distancias de transporte entre las instalaciones de ambas industrias son cortas. Creemos que el proceso SisAl puede reemplazar completamente el método actual, pero probablemente llevará tiempo".

Ella y Tranell trabajan en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de NTNU.

Referencia:

Philipson et al. Consideraciones tecnoeconómicas preliminares del proceso del sisal: cierre de bucles de materiales mediante simbiosis industrial, Procedimientos del silicio para la industria química y solar XVI, ISBN 978-82-692919-0-2

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