Comment réduire considérablement les émissions de mercure de l’industrie

Dans l’ère industrielle actuelle, l’acide sulfurique est devenu le composé chimique le plus utilisé dans le monde. Il intervient dans la fabrication de divers produits, allant des cosmétiques et des produits pharmaceutiques à l’énergie des batteries et des détergents, en passant par les engrais. Cependant, ce composé chimique précieux est souvent associé à l’un des éléments les plus toxiques de notre planète : le mercure.

Les chercheurs de l’Université de technologie de Chalmers en Suède ont récemment développé une méthode permettant de réduire la teneur en mercure de l’acide sulfurique de plus de 90%, même à partir de faibles niveaux.

Un enjeu mondial pour la qualité de l’acide sulfurique

Il n’y avait jusqu’à présent aucune méthode viable pour purifier l’acide sulfurique fini. « Une telle diminution radicale du contenu en mercure nous amène bien en dessous des valeurs limites actuelles. Un acide sulfurique de si haute qualité est très demandé dans les applications industrielles et constitue une étape importante dans la réduction de l’impact environnemental« , explique Björn Wickman, professeur associé au Département de Physique de Chalmers et chef de cette recherche.

L’acide sulfurique est produit soit à partir de soufre provenant de l’industrie pétrolière, soit en tant que sous-produit dans les fonderies de l’industrie minière. Dans ce dernier cas, le mercure, naturellement présent dans le minerai, peut se retrouver dans les produits finis. De même, les flux recyclés dans les fonderies peuvent contenir du mercure.

Une menace toxique pour toute vie sur Terre

La dispersion du mercure est un problème mondial, car cette substance est volatile et peut être dispersée par l’air sur de grandes zones. Ce métal lourd toxique est ensuite lessivé dans les cours d’eau et les lacs lorsqu’il pleut. Il est stocké dans le sol, l’eau et les organismes vivants, affectant l’ensemble de la chaîne alimentaire. Il peut endommager le cerveau et le système nerveux central des humains et des animaux.

Selon un rapport du Programme des Nations Unies pour l’Environnement (PNUE), les émissions de mercure dans l’atmosphère ont augmenté de 20% entre 2010 et 2015. En 2015, environ 2 200 tonnes de mercure ont été émises dans l’air en raison d’activités humaines telles que la production de ciment, l’exploitation minière à petite échelle, la combustion du charbon, la production de métaux et d’autres industries manufacturières.

De plus, environ 1 800 tonnes de mercure ont fini dans le sol et l’eau cette même année. Le rapport indique que les concentrations de mercure dans l’atmosphère pourraient avoir augmenté de 450% au cours du siècle dernier.

Une technologie innovante pour capturer le mercure

Il y a cinq ans, l’équipe de recherche de Chalmers avait présenté une méthode innovante pour éliminer le mercure de l’eau en utilisant des processus électrochimiques. La méthode est basée sur une électrode métallique qui absorbe le métal toxique et forme un alliage. Le mercure peut alors être éliminé en toute sécurité, et l’électrode réutilisée.

Les chercheurs ont maintenant franchi une nouvelle étape avec cette technologie, en montrant comment le mercure peut être éliminé de l’acide sulfurique concentré.

Les expériences avec l’acide sulfurique ont été réalisées en collaboration avec la compagnie minière et de raffinage des métaux Boliden et la compagnie Atium, une spin-off de l’école d’entrepreneuriat de Chalmers ayant pour objectif de commercialiser l’élimination du mercure de l’eau et des produits chimiques. Les chercheurs espèrent maintenant pouvoir avancer avec leurs partenaires et développer un type de réacteur à travers lequel l’acide sulfurique peut circuler et être purifié en même temps.

Un potentiel pour réduire les coûts et l’impact environnemental

Aujourd’hui, le mercure est principalement éliminé à un stade précoce, à partir des concentrés et des flux recyclés à la fonderie avant que l’acide sulfurique ne soit produit. C’est un processus établi, mais qui laisse des traces de mercure dans les produits finaux.

« Purifier également l’acide sulfurique permet de prévenir d’autres émissions de mercure, tout en permettant à l’industrie de fonctionner de manière plus rentable et de produire un produit de haute pureté et non toxique. La prochaine étape sera de passer à l’échelle la méthode en un processus pilote plus proche des volumes réels de milliers de tonnes« , précise Vera Roth, doctorante à Chalmers et auteure de l’article récemment publié dans la revue ACS ES&T Engineering.

L’espoir de valeurs limites plus basses

Selon la base de données Statista, le volume du marché mondial de l’acide sulfurique est d’environ 260 millions de tonnes par an. D’ici 2029, ce chiffre devrait atteindre 314 millions de tonnes. Plus la teneur en mercure de l’acide sulfurique est faible, plus il est précieux.

L’acide sulfurique à des fins commerciales est considéré comme étant de qualité acceptable lorsque sa teneur en mercure est inférieure à 0,30 milligramme par kilogramme. Si la teneur est inférieure à 0,08 milligramme par kilogramme, l’acide sulfurique est considéré comme de haute pureté. Avec la nouvelle méthode, les chercheurs ont réduit le taux de mercure à 0,02 milligramme par kilogramme d’acide sulfurique dans leur étude pilote.

En synthèse

Alors que le procédé innovant présenté par les chercheurs de l’Université de technologie de Chalmers pourrait être une solution prometteuse pour l’atténuation de l’émission de mercure, l’application de ce procédé à une échelle industrielle reste à explorer. La méthode a démontré son efficacité dans une étude pilote, mais l’étape suivante sera de l’échelonner à un processus plus proche des volumes réels de milliers de tonnes. L’intégration de ce procédé dans l’industrie pourrait permettre non seulement de produire un acide sulfurique de haute pureté, mais également de réduire les coûts et l’impact environnemental de la production.

Pour une meilleure compréhension

Comment le mercure se retrouve-t-il dans l’acide sulfurique ?

Le mercure, naturellement présent dans le minerai, peut se retrouver dans les produits finis lors de la production d’acide sulfurique à partir du soufre issu de l’industrie pétrolière ou en tant que sous-produit des fonderies de l’industrie minière. Les flux recyclés dans les fonderies peuvent également contenir du mercure.

Quels sont les dangers du mercure pour la vie sur Terre ?

Le mercure est un métal lourd toxique qui, lorsqu’il est dispersé dans l’atmosphère, peut être entraîné par l’air sur de grandes zones et ensuite lessivé dans les cours d’eau et les lacs lorsqu’il pleut. Il est stocké dans le sol, l’eau et les organismes vivants, affectant ainsi toute la chaîne alimentaire. Il peut endommager le cerveau et le système nerveux central des humains et des animaux.

Quel est l’impact environnemental du nouveau procédé ?

La méthode innovante de Chalmers permet de réduire les émissions de mercure à la source, prévenant ainsi sa dispersion dans l’environnement et son accumulation ultérieure dans les sols et les eaux. De plus, le procédé permet d’obtenir un acide sulfurique de haute pureté, augmentant ainsi sa valeur sur le marché et potentiellement réduisant l’empreinte écologique de sa production.

Quelle signification pour l’avenir de la production d’acide sulfurique ?

Si le nouveau procédé est efficacement intégré à l’échelle industrielle, cela pourrait marquer un changement significatif dans la production d’acide sulfurique, permettant non seulement de produire un produit de haute pureté, mais aussi de réduire les coûts et l’impact environnemental de la production. Cependant, d’autres recherches et développements seront nécessaires pour adapter pleinement la méthode à une utilisation industrielle.

Le procédé peut-il influencer la législation sur les valeurs limites ?

La méthode innovante de Chalmers pourrait inciter à une révision des normes législatives sur les valeurs limites de mercure dans l’acide sulfurique, avec l’espoir d’une réglementation plus stricte à l’échelle mondiale. Si la méthode devient une technologie couramment utilisée dans l’industrie, les normes actuelles basées sur la technologie disponible aujourd’hui pourraient être modifiées en conséquence.

L’étude « Mercury Removal from Concentrated Sulfuric Acid by Electrochemical Alloy Formation on Platinum » a été publiée dans ACS ES&T Engineering.

Légende illustration principale : L’acide sulfurique est un produit chimique industriel important, mais il contient souvent l’une des substances les plus toxiques au monde : le mercure, un métal lourd volatil qui peut polluer l’air et l’eau. Des chercheurs de l’université de technologie de Chalmers ont montré qu’il était possible de réduire de plus de 90 % les niveaux de mercure dans l’acide sulfurique, même à partir de faibles niveaux. L’étude a été menée en collaboration avec l’entreprise dérivée Atium et la société d’exploitation minière et de raffinage des métaux Boliden.