Cómo se pueden reducir en gran medida las emisiones de mercurio de la industria

El ácido sulfúrico es el producto químico más utilizado en el mundo. Es un reactivo importante utilizado en muchas industrias y se utiliza en la fabricación de todo, desde papel, productos farmacéuticos y cosméticos hasta baterías, detergentes y fertilizantes. Por lo tanto, es un desafío mundial que el ácido sulfúrico a menudo contenga una de las sustancias más tóxicas: el mercurio. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, han desarrollado un método que puede reducir los niveles de mercurio en el ácido sulfúrico en más del 90%, incluso desde niveles bajos.

El ácido sulfúrico es el producto químico más utilizado en el mundo

"Hasta ahora, no ha habido ningún método viable para purificar el ácido sulfúrico terminado. Con una reducción tan radical del contenido de mercurio, estamos muy por debajo de los valores límite actuales. Este ácido sulfúrico puro de alta calidad tiene una gran demanda en aplicaciones industriales y es un paso importante para reducir el impacto ambiental", dice Björn Wickman (profesor asociado en el departamento de Física de Chalmers) que encabeza de la investigación.

El ácido sulfúrico se produce a partir del azufre de la industria petrolera o como subproducto en las fundiciones de la industria minera. En este último caso, el mercurio, que está naturalmente presente en el mineral, puede terminar en los productos terminados. También las corrientes recicladas en las fundiciones pueden contener mercurio.

Emisiones tóxicas que afectan a la vida en la Tierra

La dispersión del mercurio es un problema mundial, ya que la sustancia es volátil y puede ser dispersada por el aire en grandes áreas. Este metal pesado tóxico se lava en arroyos y lagos cuando llueve. Se almacena en el suelo, el agua y los organismos vivos, afectando a toda la cadena alimentaria. Puede dañar el cerebro y el sistema nervioso central de humanos y animales.

Según un informe del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), las emisiones de mercurio a la atmósfera aumentaron aproximadamente un 20% entre 2010 y 2015. 

La dispersión del mercurio es un problema mundial, ya que la sustancia es volátil y puede ser dispersada por el aire en grandes áreas

En 2015, se emitieron alrededor de 2.200 toneladas de mercurio al aire como resultado de actividades humanas como la fabricación de cemento, la minería de oro a pequeña escala, la quema de carbón, la producción de metales y otras industrias manufactureras. Además, se estima que 1.800 toneladas de mercurio terminaron en el suelo y el agua en ese mismo año. Según el informe, las concentraciones de mercurio en la atmósfera pueden haber aumentado en un 450% en el último siglo.

"Todas y cada una de las formas en que podemos reducir las emisiones de mercurio son buenas, porque cualquier mercurio que se emite se acumula en el medio ambiente y continúa representando una amenaza para la salud durante miles de años", dice Wickman.

Captura el metal usando electroquímica

Hace cinco años, su equipo de investigación en Chalmers presentó un método pionero para eliminar el mercurio del agua utilizando procesos electroquímicos. El método se basa en un electrodo metálico que absorbe el metal tóxico y forma una aleación. El mercurio se puede eliminar de forma segura y el electrodo se puede reutilizar. Ahora los investigadores han llevado esta tecnología un paso más allá, y en un nuevo estudio han demostrado cómo se puede eliminar el mercurio del ácido sulfúrico concentrado.

El equipo de investigación en Chalmers presentó un método pionero para eliminar el mercurio del agua utilizando procesos electroquímicos

Los experimentos con ácido sulfúrico se realizaron en colaboración con la empresa de minería y refinación de metales Boliden y la empresa Atium, una spin-off de la Chalmers School of Entrepreneurship con el objetivo de llevar al mercado la eliminación de mercurio del agua y los productos químicos. Los investigadores ahora esperan poder avanzar con sus socios y desarrollar un tipo de reactor a través del cual el ácido sulfúrico pueda fluir y purificarse al mismo tiempo.

Potencial para reducir costos e impacto ambiental

Hoy en día, el mercurio se elimina principalmente en una etapa más temprana: de los concentrados y corrientes recicladas en la fundición antes de que se produzca ácido sulfúrico. Este es un proceso establecido, pero deja trazas de mercurio en los productos finales.

"La purificación del ácido sulfúrico también evita emisiones adicionales de mercurio, al tiempo que permite a la industria operar de manera más rentable y producir un producto de alta pureza y no tóxico. El siguiente paso será ampliar el método a un proceso piloto que esté más cerca de los volúmenes del mundo real de miles de toneladas", dice Vera Roth, estudiante de doctorado en Chalmers y primera autora del artículo recientemente publicado en la revista ‘ACS ES & T Engineering’.

Esperar valores límite más bajos

Según la base de datos Statista, el volumen del mercado mundial de ácido sulfúrico asciende a alrededor de 260 millones de toneladas por año. Para 2029 se espera que esta cifra aumente a 314 millones de toneladas. Cuanto menor es el contenido de mercurio del ácido sulfúrico, más valioso es. El ácido sulfúrico para fines comerciales se considera de calidad aceptable cuando su contenido de mercurio es inferior a 0,30 miligramos por kilogramo. Si el contenido es inferior a 0,08 miligramos por kilogramo, se considera que el ácido sulfúrico tiene una alta pureza. Con el nuevo método, los investigadores han reducido el nivel de mercurio a 0,02 miligramos por kilogramo de ácido sulfúrico en su estudio piloto.

Los investigadores ahora esperan desarrollar un tipo de reactor a través del cual el ácido sulfúrico pueda fluir y purificarse al mismo tiempo

"Los valores límite de la cantidad de mercurio sulfúrico que puede contener se basan en la tecnología disponible en la actualidad. Con el nuevo método para purificar el ácido sulfúrico, nuestra esperanza es que la legislación en torno a los valores límite se haga más estricta en una perspectiva global donde los niveles de mercurio son generalmente mucho más altos ", dice Wickman.

Más información sobre el método y el estudio

El método de purificación elimina el mercurio del ácido sulfúrico reduciendo primero los iones de mercurio a forma metálica y luego uniendo el mercurio metálico en una aleación con platino, que se recubre sobre la superficie del electrodo. Entonces es posible eliminar el mercurio y regenerar el electrodo de forma controlada. Esto significa que el electrodo se puede reutilizar y la sustancia tóxica se puede eliminar de forma segura. El proceso también es altamente eficiente energéticamente. En un episodio del programa UR Samtiden de la Swedish Educational Broadcasting Company (UR), Björn Wickman demuestra cómo funciona el método para eliminar el mercurio del agua.

El artículo ‘Mercury Removal from Concentrated Sulfoxiic Acid by Electrochemical Alloy Formation on Platinum’ se publica en la revista científica ‘ACS ES&T Engineering’ y fue escrito por Vera Roth, Julia Järlebark, Alexander Ahrnens, Jens Nyberg, Justin Salminen, Teodora Retegan Vollmer y Björn Wickman. Los autores están activos en el departamento de Física y el departamento de Química e Ingeniería Química de la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Atium y en Boliden.

El ácido sulfúrico es el producto químico más utilizado en el mundo. Es un reactivo importante utilizado en muchas industrias y se utiliza en la fabricación de todo, desde productos químicos, papel, productos farmacéuticos y cosméticos hasta baterías, detergentes y fertilizantes. Es un ingrediente también para muchos procesos de reciclaje que contribuyen a la economía circular y la metalurgia extractiva.

El ácido sulfúrico se produce a partir del azufre de la industria petrolera o como subproducto en las fundiciones de la industria

Los experimentos en el estudio se realizaron en un entorno de laboratorio, en un vaso de precipitados de 50 mililitros y posteriormente en un reactor de 20 litros. El siguiente paso será ampliar el método a un proyecto piloto que esté más cerca de los volúmenes reales que son habituales en las aplicaciones industriales. La investigación fue financiada por Formas y por el programa de innovación estratégica Swedish Mining Innovation, una empresa conjunta en la que participan Vinnova, Formas y la Agencia Sueca de Energía.

Más sobre metales pesados en el medio ambiente

Los metales pesados en el agua y los cursos de agua son un enorme problema ambiental que afecta la salud de millones de personas en todo el mundo. Los metales pesados son tóxicos para todos los organismos vivos y se acumulan en la cadena alimentaria. Según la Organización Mundial de la Salud, el mercurio es una de las sustancias más nocivas para la salud humana. Entre otras cosas, afecta nuestro sistema nervioso y el desarrollo del cerebro. Por lo tanto, la sustancia es especialmente peligrosa para los niños y los fetos.

Hoy en día existen regulaciones estrictas que rigen el manejo de metales pesados tóxicos para evitar su dispersión en el medio natural. Sin embargo, hay muchos lugares que ya han sido contaminados o están afectados por la deposición de mercurio en el aire que puede haber venido de otros países. Como resultado, hay áreas en nuestro entorno natural donde las cantidades de metales pesados han alcanzado concentraciones tóxicas. Por ejemplo, los altos niveles de mercurio en los peces de agua dulce son un problema ambiental bien conocido. Incluso en Suecia, la contaminación por metales pesados es un problema grave, y los peces en la mayoría de los lagos contienen más mercurio que el valor límite. 

En las industrias donde se utilizan metales pesados, así como en el reciclaje, el tratamiento de aguas residuales y la descontaminación, existe una gran necesidad de nuevos y mejores métodos para eliminar los metales pesados tóxicos del agua.