Pagkakuryente ng Bakal: Ang Hinaharap ng Luntiang Paggawa ng Bakal

Ang Kahalagahan ng Bakal

Madalas itinuturing ng mga mamumuhunan na ang bakal ay isang nakakapagod na metal. Kadalasan itong sumusunod sa mga pandaigdigang siklo ng ekonomiya at hindi inaasahang magkakaroon ng anumang kwento na nakaugnay dito. Walang inaasahan na triplehin ang demand para sa bakal sa susunod na dekada dahil sa pangangailangan ng baterya, produksyon ng mga solar panel, pag-usbong ng aerospace sa gitna ng kompetisyon sa kalawakan, o pagtaas ng panganib ng pandaigdigang kaguluhan.

Ngunit ito rin ay maaaring maging isang katangian. Tinatayang 90% ng lahat ng metal na pinoproseso sa kasalukuyan ay bakal.

Ang bakal at bakal (na binubuo ng 97% bakal) ay ganap na laganap sa lahat ng ating ginagamit araw-araw sa modernong mundo:

• Imprastruktura: mga tulay, riles, pantalan.
• Konstruksyon: reinforced concrete, mga beam, bubong, mga pako at turnilyo, atbp.
• Transportasyon: mga kotse, tren, barko.
• Paggamit sa industriya: mga tubo at pipeline, mga imbakan na tangke, mabibigat na makinarya,
• Depensa: mga barkong pandigma, mga tangke, mga bala ng artilerya, mga baril, mga bala, atbp.
• Enerhiya: mga pugon, turbina, mga poste ng turbina ng hangin, mga frame ng solar panel, atbp.
• Kalusugan: mga kama, mga instrumentong pan-opera, atbp.
• Mga produktong pang-konsyumer: mga kagamitang pangkusina, mga appliances, mga fireplace, atbp.

Gayunpaman, ang paggawa ng bakal ay sa kasamaang palad ay isang napaka-carbon-intensive na proseso, na kadalasang umaasa sa isang espesyal na uri ng karbon: coking coal.

May ilang pagsubok na ginawa upang palitan ang coking coal ng berdeng hydrogen, ngunit tanging napakataas na kalidad ng bakal na ore lamang ang maaaring magamit kasama ang hydrogen. Kakailanganin ang mas murang ore na may mababang nilalaman ng bakal upang mapantayan ang mas mataas na gastos ng hydrogen kumpara sa karbon.

Ang tradisyunal na proseso ng blast furnace ay maaaring mapalitan ng isang bagong proseso na tinatawag na flash iron smelting, na mas kahawig ng isang pagsabog kaysa sa mabagal na pagkatunaw ng ore.

Ang mga mananaliksik mula sa University of Oregon ay nagsusuri ng isang mas kapanapanabik na posibilidad: alisin ang mataas na temperatura, at pinong pagproseso ng mga ore ng bakal gamit lamang ang kuryente. Ito ay magiging isang napakalaking pag-unlad para sa mundo, dahil ang berdeng kuryente ay maaaring gamitin nang direkta, nang hindi na kailangang magastos na i-convert sa hydrogen, at sa kabuuan ay magbabawas nang malaki sa pandaigdigang emisyon ng carbon.

Inilathala nila ang pananaliksik na ito sa ACS Energy Letters¹, sa pamagat na “Mga Daan Patungo sa Electrochemical Ironmaking sa Malawakang Sukat sa Pamamagitan ng Direktang Pagbawas ng Fe2O3”.

Iron Ore Patungo sa Bakal na Metal

Ang bakal ay matatagpuan sa kalikasan sa anyong oksidado, partikular na hematite (Fe2O3). Upang magamit bilang isang industriyal na metal, kailangang alisin ang mga atomong oxygen.

Karaniwan, ito ay ginagawa sa pamamagitan ng pagdaragdag ng karbon, kung saan ang carbon nito ay nagiging CO2. Bilang alternatibo, ang berdeng bakal ay gumagamit ng hydrogen na nagiging tubig (H2O).

Isa pang opsyon ay bigyan ang iron oxide ng sapat na enerhiya upang ang atomong oxygen ay mahiwalay at bumuo ng gas na oxygen (O2). Ito ang ideya sa likod ng electrochemical iron-making. Ito ay isang electrochemical na reaksyon na pinakamahusay na gumagana sa alkaline na kondisyon (kabaligtaran ng acidic).

Pinagmulan: ACS Energy Letters

Dapat tandaan na ang prosesong ito ay kailangang maging napakalawak, dahil ang taunang pandaigdigang produksyon ng bakal ay nasa milyong-tonelada kada taon.

Electroreduction ng Bakal

Upang subukan kung paano gawing mas epektibo ang ganitong uri ng reaksyon, nagdisenyo ang mga mananaliksik ng isang pasadyang sistema na gumagana nang bahagyang katulad ng baterya, at nagpapatakbo sa temperatura na 82°C (180°F) lamang.

Pinagmulan: ACS Energy Letters

Sa setup na ito, ang mga particle ng bakal ay nakalutang sa solusyon ng sodium hydroxide (NaOH), ngunit posible rin ang molten salt (NaCl) at maaaring maglabas ng chlorine (Cl2) bilang byproduct.

Ang matataas na iron oxides ay nabawasan, o na-convert sa elemental na bakal, na pinaka-selective sa current density na 50 milliamperes bawat square centimeter, na katulad ng mabilis na pag-charge ng lithium-ion batteries.

Natuklasan nila na bagaman maayos ang proseso gamit ang mga test particle ng bakal kapag gumagamit ng natural na ore na may hindi regular na sukat, matataas na particle at mga dumi, ang proseso ay hindi sapat na selective at epektibo.

Paghahanap ng Tamang Kundisyon

Isang kakaibang pangyayari sa mga unang pagsubok ay ang ilang particle ay nagiging bakal na metal nang mas mahusay kaysa sa iba, nang walang kaugnayan sa kanilang sukat, salungat sa inaasahan. Kaya sinimulan ng mga mananaliksik na subukan kung ang nanoscopic na estruktura ng mga particle ay maaaring mas mahalagang salik.

Sinubukan ang mga iron oxide particle na may lapad na micrometer na may mga dumi ng carbon at barium ngunit hindi ito nabawasan nang sapat.

Bilang alternatibo, ang maluwag na mga particle na may mas mataas na porosity, at samakatuwid mas malaking surface area, ay nagpadali ng mas epektibong electrochemical na produksyon ng bakal, kumpara sa mga ginawa upang magmukhang ang hindi gaanong porous na natural na iron ore na hematite.

Pinagmulan: ACS Energy Letters

“Ang pagtukoy sa mga oxide na maaaring i-convert sa bakal na metal sa mababang temperatura ay isang mahalagang hakbang sa pag-develop ng ganap na elektripikadong mga proseso para sa paggawa ng bakal.”
Paul Kempler – Pangunahing mananaliksik sa University of Oregon

Pagpapakompitensya ng Electroreduction ng Bakal

Sa kabila ng limitasyong ito, maaaring magpatuloy ang electroreduction ng bakal mula sa pananaw ng ekonomiya. Ito ay dahil ang pamamaraan ay gumagamit ng mas kaunting enerhiya at mas mababang temperatura, na nagbabawas ng kabuuang gastos ng produksyon ng bakal.

Sa prosesong ito, ang produksyon ng bakal ay aabutin ng humigit-kumulang $600/ton. Ito ay medyo makatwiran, ngunit hindi perpekto kumpara sa levelized cost ng bakal na ginawa sa blast furnace/basic oxygen furnace process, na kamakailan ay tinatayang nasa $400/ton.

Isang karagdagang hakbang para sa mas malaking kita ay ang pagsasama ng pagbawas ng bakal sa produksyon ng kemikal. Ang mga electro-cell ng paggawa ng bakal ay maaaring pagsamahin sa mga cell ng produksyon ng chlorine upang bumuo ng isang chlore-iron production unit, na maaaring i-install nang sunud-sunod upang makabuo ng isang buong planta ng produksyon.

Pinagmulan: ACS Energy Letters

Kapag isinasaalang-alang ang produksyon ng Cl2, isang napaka-kapaki-pakinabang na kemikal na ginagamit nang malawak ng industriya ng kemikal, ang ekonomiya ng operasyon ay mukhang mas maganda, na malamang magdadala nito nang mas malapit sa gastos ng blast furnace.

Karagdagang Pagpapabuti

Ang isyu sa pag-asa lamang sa ore na may tamang nanoscale na estruktura ay maaaring lubos na limitahan ang potensyal para sa malawakang pag-aampon ng teknolohiyang ito, kahit na kanais-nais ang ekonomiya. Sa pangkalahatan, hindi malamang na realistic ang muling pagdidisenyo ng kabuuan ng industriya ng pagmimina ng bakal, na gumagawa ng maraming hematite na may mababang porosity.

Isang alternatibo ay ang mga bagong teknik upang gawing mas porous ang mga feedstock ng iron oxide, posibleng sa pamamagitan ng paggamit ng kuryente o thermal shock.

Kumpanya ng Pagmimina ng Bakal

Ang pagbaba ng gastos sa pag-smelt ng bakal at mga emisyon ng carbon ay maaaring gawing mas popular na materyal ang bakal kaysa sa ngayon. Pagdating sa pagmimina, ang sukat at magandang heolohiya ay lahat ng bagay, kung saan ang mababang gastos sa produksyon ay nagbibigay-daan sa mas mataas na kita at kaligtasan sa panahon ng pag-urong, na hindi maiiwasan sa mga merkado ng kalakal.

Ang kumpanyang Brazilian na Vale ay ang pinakamalaking prodyuser ng bakal at nikel sa mundo, na may kabuuang 323-330 milyong tonelada na nalikha noong 2024.

Ang kumpanya ay prodyuser din ng mga metal na mahalaga sa paglipat ng enerhiya tulad ng tanso. Bagaman ang mga metal na ito ay maaaring maging mas mahalaga sa hinaharap, sa ngayon, bakal ang sentro ng kumpanya.

Noong una, mas diversified ang kumpanya ngunit muling nagtuon sa bakal sa mga nagdaang taon, matapos magbenta ng mga minahan ng iba’t ibang metal na nagkakahalaga ng $2B at iba pang kalakal tulad ng palm oil.

Pinagmulan: Vale

Malawak na Base ng Asset

Ang Vale ay kwalipikado bilang isang medium-sized utility company, na nagpapatakbo ng sarili nitong riles, tren, pantalan, at mga barko upang mag-transport ng ore mula sa pagkuha hanggang sa paghahatid sa mga customer.

Nagpo-produce din ito ng maraming sariling enerhiya, dahil ito ay nagpapatakbo sa mga liblib na rehiyon at hindi maaaring umasa sa pamahalaang Brazilian upang gawin nang maayos ang kanilang trabaho, lalo na’t may napakalaking pangangailangan sa kuryente.

Ito ay karaniwang ginagawa gamit ang hydro power, dahil ang negosyo ng pagmimina ay hindi gaanong naiiba sa konstruksyon ng hydro power (earthworks, pag-ukit ng bato gamit ang mga pampasabog, napakalaking dami ng konkreto, mabibigat na makinarya, mega construction projects, pamamahala ng ulan, atbp.).

Ang mga imprastruktura ay sinusuportahan ng R&D center ng kumpanya, mga laboratoryo, daan-daang geologist, mga training center, atbp.

Paglampas sa mga Nakaraang Responsibilidad

Isang malaking panganib sa isang napakalaking kumpanya ng pagmimina tulad ng Vale ay isang malawak na aksidente na nagdulot ng malaking pinsala.

Ito ang nangyari noong 2015, isang napakalaking sakuna matapos bumagsak ang dam na itinayo ng Vale. At isang katulad na insidente noong 2019.

Ang pagbaha ay nagdulot ng pinakamasamang kalamidad pangkapaligiran sa Brazil hanggang ngayon, na pumatay ng 19 katao, at naapektuhan ang 39 munisipyo sa dalawang estado, na inilibing sila sa mga produktong basura ng pagmimina.

Mula noon, maraming katulad na dam ang naayos at/o pinahusay upang maiwasan ang isa pang kalamidad sa panahon ng tag-ulan.

Binago rin ng kumpanya ang paraan ng operasyon nito, nag-invest ng $2.5B sa apat na filtration plant upang lumikha ng dry tailing (ang durog na bato, alikabok, at putik) sa halip na wet tailing na nangangailangan ng mga dam. Kaya sa hinaharap, ang aktibidad ng pagmimina ng bakal ay hindi na maglilikha ng uri ng basura na nangangailangan ng mga dam.

Aktibo rin ang kumpanya sa pag-aayos ng imahe nito, ipinapahayag kung paano ang kanilang aktibidad sa pagmimina ay lumikha ng isang malaking natural reserve na pinondohan ng kumpanya, na malaking kontribusyon sa pagpapanatili ng kagubatan ng Brazil, habang ang natitirang bahagi ng rehiyon ay naging pastulan sa mga nakaraang dekada.

Pinagmulan: Vale

Sa kabuuan, ang Vale ay ngayon nalalampasan na ang mga nakaraang problema nito sa mga ekolohikal na sakuna at nagiging isa sa pinakamahalagang asset ng Brazil at pangunahing tagapagtustos ng bakal sa mundo, lalo na sa China, isang bansang pinapalalim ng Brazil ang ugnayan sa pamamagitan ng BRICS commercial network at sa konteksto ng pagtaas ng taripa at tensyon sa USA.

Pinakabagong Balita sa Vale

Mga Pag-aaral na Binanggit:

^{1. Anastasiia Konovalovaet al. (2025). Mga Daan Patungo sa Electrochemical Ironmaking sa Malawakang Sukat sa Pamamagitan ng Direktang Pagbawas ng Fe2O3. ACS Energy LettersVol 10/Issue 4. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.5c00166}