El acero es uno de los materiales más útiles del planeta. Es la columna vertebral de la vida moderna y se utiliza en rascacielos, automóviles, aviones, puentes y más. Desafortunadamente, la fabricación de acero es un proceso extremadamente sucio.

La forma más común de producirlo implica extraer mineral de hierro, reducirlo en un alto horno mediante la adición de carbón y luego usar un horno de oxígeno para quemar el exceso de carbono y otras impurezas. Es por eso que la producción de acero representa alrededor del 7 al 9 por ciento de las emisiones de gases de efecto invernadero de la humanidad en todo el mundo, lo que la convierte en una de las industrias más sucias del planeta.

Ahora Boston Metal busca limpiar la industria siderúrgica mediante un proceso electroquímico llamado electrólisis de óxido fundido (MOE), que elimina muchos pasos en la fabricación de acero y libera oxígeno como único subproducto.

La empresa, fundada por el profesor emérito del MIT Donald Sadoway, el profesor Antoine Allanore y el doctorado James Yurko en 2001, ya está utilizando MOE para recuperar metales de alto valor de residuos mineros en su filial brasileña, Boston Metal do Brasil. Ese trabajo está ayudando al equipo de Boston Metal a implementar su tecnología a escala comercial y establecer asociaciones clave con operadores mineros. También ha construido un prototipo de reactor MOE para producir acero ecológico en su sede de Woburn, Massachusetts.

Y a pesar de su nombre, Boston Metal tiene ambiciones globales. La compañía ha recaudado más de 370 millones de dólares hasta la fecha de organizaciones de toda Europa, Asia, América y Medio Oriente, y sus líderes esperan crecer rápidamente para transformar la producción de acero en todos los rincones del mundo.

"Existe un reconocimiento mundial de que debemos actuar rápidamente, y eso sucederá a través de soluciones tecnológicas como esta que pueden ayudarnos a alejarnos de las tecnologías tradicionales", afirma Guillaume Lambotte, científico jefe de Boston Metal y ex postdoctorado del MIT. “Cada vez más, el cambio climático forma parte de nuestras vidas, por lo que todos tenemos la presión de actuar con rapidez”.

Una búsqueda de décadas

Desde la década de 1980, Sadoway había realizado investigaciones sobre el proceso electroquímico mediante el cual se produce el aluminio. El objetivo de la investigación era encontrar un reemplazo para el ánodo consumible utilizado en ese proceso, que produce dióxido de carbono como subproducto. Durante ese trabajo, comenzó a conceptualizar un proceso electroquímico similar para fabricar hierro, el precursor del acero.

Pero no fue hasta alrededor de 2012 que Sadoway y Allanore, entonces postdoctorado en el MIT, descubrieron una aleación de hierro y cromo que podría servir como material de ánodo lo suficientemente barato como para hacer que el proceso fuera comercialmente viable y producir oxígeno como subproducto. Fue entonces cuando la pareja se asoció con James Yurko, un ex alumno, para fundar Boston Metal.

"Todos los estudios fundamentales y las tecnologías iniciales surgieron del MIT", dice Lambotte. "Surgimos de una investigación patentada en el MIT y autorizada por la Oficina de Licencias de Tecnología del MIT".

Lambotte se unió a la empresa poco después de que el equipo de Sadoway publicara un artículo de 2013 en Nature que describía la plataforma MOE.

"Fue entonces cuando pasó del laboratorio, con un experimento del tamaño de una taza de café para probar los fundamentos y producir unos pocos gramos, a una empresa que puede producir cientos de kilogramos y, pronto, toneladas de metal", dice Lambotte.

Un esquema muestra el proceso de fabricación de un metal más ecológico dentro de una caja grande. En la parte superior izquierda, una tubería deja entrar “mineral de hierro”; Los “electrolitos” se representan como un líquido azul con un “hierro fundido” naranja debajo. En la parte inferior derecha de la caja, un grifo libera el "hierro líquido". Arriba a la derecha, se liberan “burbujas de oxígeno” de otro tubo.

El proceso de Boston Metal se lleva a cabo en celdas modulares del MOE, cada una del tamaño de un autobús escolar. A continuación se muestra un esquema del proceso. MIT.

El proceso de electrólisis de óxido fundido de Boston Metal se lleva a cabo en celdas modulares MOE, cada una del tamaño de un autobús escolar. La roca de mineral de hierro se introduce en la celda, que contiene el cátodo (el terminal negativo de la celda MOE) y un ánodo sumergido en un electrolito líquido. El ánodo es inerte, lo que significa que no se disuelve en el electrolito ni participa en la reacción más que servir como terminal positivo. Cuando la electricidad corre entre el ánodo y el cátodo y la celda alcanza alrededor de 1.600 grados Celsius, los enlaces de óxido de hierro en el mineral se rompen, produciendo metal líquido puro en el fondo que puede extraerse. El subproducto de la reacción es oxígeno y el proceso no requiere agua, productos químicos peligrosos ni catalizadores de metales preciosos.

La producción de cada célula depende del tamaño de su corriente. Lambotte dice que con unos 600.000 amperios, cada celda podría producir hasta 10 toneladas de metal cada día. Las siderúrgicas licenciarían la tecnología de Boston Metal y desplegarían tantas células como fueran necesarias para alcanzar sus objetivos de producción.

Boston Metal ya está utilizando el MOE para ayudar a las empresas mineras a recuperar metales de alto valor de sus desechos mineros, que normalmente necesitan someterse a un costoso tratamiento o almacenamiento. Lambotte dice que también podría usarse para producir muchos otros tipos de metales en el futuro, y Boston Metal fue seleccionada recientemente para negociar subvenciones para producir cromo metálico, fundamental para una serie de aplicaciones de energía limpia, en Virginia Occidental.

"Si miramos alrededor del mundo, muchas de las materias primas para metales son óxidos, y si es un óxido, entonces existe la posibilidad de que podamos trabajar con esa materia prima", dice Lambotte. "Hay mucho entusiasmo porque todo el mundo necesita una solución capaz de descarbonizar la industria del metal, por lo que mucha gente está interesada en entender dónde encaja el MOE en sus propios procesos".

Gigatoneladas de potencial

Actualmente está previsto que la tecnología de descarbonización del acero de Boston Metal alcance escala comercial en 2026, aunque su planta de Brasil ya está presentando la industria al Ministerio de Educación.

"Creo que es una oportunidad para que la industria del metal se familiarice con el MOE y vea cómo funciona", afirma Lambotte. “Se necesita gente de la industria que domine esta tecnología. Es donde se forman conexiones y cómo se difunde la nueva tecnología”.

La planta brasileña funciona con energía 100 por ciento renovable.

"Podemos ser los beneficiarios de este tremendo impulso mundial para descarbonizar el sector energético", dice Lambotte. “Creo que nuestro enfoque va de la mano con eso. El acero totalmente ecológico requiere electricidad ecológica, y creo que lo que veremos es el despliegue de esta tecnología donde [la electricidad limpia] ya está disponible”.

El equipo de Boston Metal está entusiasmado con la aplicación del MOE en toda la industria de los metales, pero se centra ante todo en eliminar las gigatoneladas de emisiones de la producción de acero.

"El acero produce alrededor del 10 por ciento de las emisiones globales, por lo que esa es nuestra estrella del norte", dice Lambotte. “Todo el mundo está prometiendo reducciones de carbono, reducciones de emisiones y objetivos netos cero, por lo que la industria del acero está realmente buscando soluciones tecnológicas viables. La gente está preparada para nuevos enfoques”.

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