Fornecimento sustentável de matérias-primas: o novo processo FlashPhos converte as lamas de depuração em fósforo para utilização industrial
Eliminar os resíduos da estação de tratamento de águas residuais e, simultaneamente, recuperar o fósforo branco: O novo processo termoquímico FlashPhos demonstra como isto funciona. Atualmente, é a única tecnologia na Europa capaz de produzir esta matéria-prima essencial para uso industrial de uma forma amiga do ambiente, eficiente e económica. Um consórcio a nível europeu, coordenado pela Universidade de Estugarda, desenvolveu e estudou a tecnologia.
Uma matéria-prima essencial
O fósforo branco (P₄) é uma matéria-prima indispensável para as indústrias química, farmacêutica, alimentar e eletrónica. "Markus Reinmöller, diretor do Instituto de Engenharia de Processos Energéticos e Dinâmica em Sistemas Energéticos (IED) da Universidade de Estugarda, afirma: "O nosso objetivo é assegurar um abastecimento sustentável de matérias-primas economicamente importantes, de difícil acesso e cada vez mais escassas. Markus Reinmöller, Diretor do Instituto de Engenharia de Processos Energéticos e Dinâmica em Sistemas Energéticos (IED) da Universidade de Estugarda. "Isto só pode ser alcançado se produzirmos estas matérias-primas críticas numa economia circular, como demonstrado pelo processo FlashPhos." Enquanto os métodos convencionais recuperam o fósforo das lamas de esgoto para utilização em fertilizantes, o FlashPhos produz P₄ como material de partida para uma vasta gama de aplicações industriais, incluindo baterias de automóveis, retardadores de chama, catalisadores e fabrico de chips. Atualmente, apenas quatro países produzem fósforo branco, o que torna a Europa fortemente dependente das importações.
Fechamento de ciclos de recursos através do tratamento de lamas de depuração
Os depósitos de fosfato economicamente viáveis estão distribuídos de forma desigual pelo mundo. Para além de alguns pequenos depósitos na Finlândia, não existem atualmente depósitos exploráveis na Europa, e mesmo os depósitos bem conhecidos na Noruega são difíceis de explorar. Desde que o último forno de produção de P4 foi encerrado em 2012, a União Europeia (UE) tem dependido inteiramente das importações. Dada a sua importância económica, dependência das importações e disponibilidade limitada, a UE classifica o fósforo branco como uma matéria-prima crítica. Ao mesmo tempo, as lamas de depuração ricas em fósforo provenientes do tratamento de águas residuais colocam cada vez mais desafios ambientais e de eliminação. Por conseguinte, a recuperação do fósforo das lamas de depuração tornar-se-á obrigatória na Alemanha a partir de 2029.
No futuro, espera-se que as instalações FlashPhos permitam uma eliminação ecológica das lamas de depuração, ao mesmo tempo que recuperam materiais valiosos. Para além do fósforo branco, o processo produz outros produtos úteis que podem substituir as matérias-primas intensivas em CO₂. "Isso reduz a dependência de importações e fortalece a economia circular", explica Christian Schmidberger, pesquisador do IED e coordenador do FlashPhos.
Um processo inovador em três fases
O processo FlashPhos envolve três fases concebidas para separar e recuperar o fósforo das lamas de depuração. Em primeiro lugar, as lamas de depuração húmidas são processadas num "moinho secador" recentemente desenvolvido, produzindo um pó fino, quase isento de água. Na segunda fase, este pó é convertido em milésimos de segundo no "reator flash" num gás combustível e em escórias contendo fosfato. Este processo ocorre a temperaturas de 1.600°C. A energia necessária para o processo provém dos componentes orgânicos (que contêm carbono) das próprias lamas de depuração. Na fase final do processo, a escória contendo fosfato é tratada a altas temperaturas num chamado "refinador", produzindo o fósforo branco elementar como produto principal. Outros produtos incluem um substituto de cimento amigo do ambiente, uma liga de ferro e um concentrado de metais pesados adequado para processamento posterior na indústria metalúrgica. Os gases e o calor residual produzidos durante estas etapas podem ser reutilizados noutros processos industriais, reduzindo a necessidade de combustíveis fósseis.
Aumento de escala para produção industrial
O "moinho secador", desenvolvido pelo parceiro do projeto Buss-SMS-Canzler GmbH (SMS), foi testado e optimizado no Instituto de Engenharia Sanitária, Qualidade da Água e Gestão de Resíduos Sólidos (ISWA) da Universidade de Estugarda. Os demonstradores do reator flash e do refinador foram desenvolvidos conjuntamente por vários parceiros do projeto e montados nas instalações da Aufbereitung, Recycling und Prüftechnik GmbH (ARP) em Leoben, Áustria. A unidade piloto processa até 250 quilogramas de pó de lamas de depuração por hora.
O próximo passo é a construção da primeira unidade de produção em escala real. Os parceiros industriais envolvidos no FlashPhos têm como objetivo iniciar a produção industrial de fósforo branco até 2028. Um desafio remanescente é a disponibilidade de lamas de depuração. Apenas algumas regiões densamente povoadas dispõem de quantidades suficientes de lamas de depuração. "Áreas metropolitanas como a região do Ruhr, Barcelona, Madrid ou Milão seriam particularmente adequadas", diz Schmidberger. Até 2050, as fábricas FlashPhos poderiam cobrir até metade da procura de P₄ na Europa. Olhando para o futuro, a equipa de investigação já está a explorar outras aplicações: "A nossa visão a longo prazo no IED é recuperar outras matérias-primas críticas a partir de fluxos de resíduos".
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