Německu se podařil převratný úspěch, když úspěšně využilo vodíkovou plazmu k extrakci a čištění niklu z nekvalitních rud v jediném kroku. Tato inovace představuje významný milník v úsilí o udržitelnou metalurgii.
Celosvětová snaha o dekarbonizaci těžkého průmyslu čelí přetrvávající výzvě: výrobě základních kovů, jako je nikl. Nikl má zásadní význam pro celou řadu aplikací, včetně baterií pro elektrická vozidla a větrných turbín. Tradiční metody výroby niklu jsou však náročné na emise uhlíku, což představuje problém pro životní prostředí a energetické zdroje. Úspěch Německa v této oblasti je považován za převratný a potenciálně předznamenává novou éru udržitelné metalurgie.
Nová kapitola v dějinách metalurgie
Poprvé byla vodíková plazma využita v kontrolovaných a odborně ověřených podmínkách k výrobě feroniklu z lateritových rud. Za tímto průlomem stojí Isnaldi R. Souza Filho a jeho tým z Institutu Maxe Plancka pro udržitelné materiály. Zatímco vodíková plazma byla zkoumána pro výrobu železa, její použití pro nikl bylo dříve považováno za neúčinné kvůli složitým minerálním matricím niklu.
Související článek
Tým vystavil malou dávku pelet niklové rudy silnému elektrickému proudu pod směsí vodíku a argonu pomocí elektrické obloukové pece. Tímto procesem vzniklo vodíkové plazma, vysoce reaktivní směs nabitých částic schopná během několika minut rychle redukovat oxidy kovů na užitečnou slitinu feroniklu.
Tento historický úspěch se připisuje jednostupňovému procesu, který kombinuje extrakci a čištění bez nutnosti následné rafinace. Tradiční metody vyžadovaly několik vysokoteplotních a chemicky náročných fází, při nichž vznikalo značné množství CO₂. Díky Isnaldimu R. Souza Filhovi a jeho týmu snižuje tato nová cesta uhlíkovou stopu niklu přibližně o 84 %, pokud je poháněna obnovitelnou energií.
Výroba čistého kovu z toxických kalů
Předpokládá se, že poptávka po niklu se do roku 2040 celosvětově zdvojnásobí, a to díky růstu odvětví baterií. Vysoce kvalitních rud však ubývá, což nutí výrobce spoléhat se na méně kvalitní rudy, které přispívají ke znečištění. Tradiční hydrometalurgické metody se spoléhají na teplo, tlak a velké množství kyseliny sírové, zatímco pyrometalurgické techniky spalují paliva na bázi uhlíku při teplotě 1600 °C, přičemž se uvolňuje přibližně 20 tun CO₂ na tunu vyrobeného niklu.
Metoda vodíkové plazmy tyto emise eliminuje. Proces je zjednodušený, takže se vyhýbá fosilním palivům. Tým Maxe Plancka vyrobil feronikl s 20-40% obsahem niklu, srovnatelným se standardními průmyslovými výstupy, s minimem nečistot, jako je fosfor a křemík. Tento produkt lze přímo použít při výrobě oceli bez další rafinace.
Výzvy a komercializace
Reakce probíhá na rozhraní mezi plazmovým obloukem a roztavenou rudou, což vyžaduje pečlivou kontrolu toku materiálu, aby byl zachován stálý kontakt pro škálování procesu. Kromě toho, přestože je vodíkové plazma čisté, udržitelnost procesu závisí na použití ekologického vodíku, který je v současné době dražší než alternativy z fosilních zdrojů.
Navzdory těmto výzvám jsou výzkumníci Maxe Plancka přesvědčeni o dlouhodobé životaschopnosti této technologie. Reaktor ve větším měřítku je již ve vývoji a ekonomické důvody pro vodíkové plazma jsou stále přesvědčivější, protože zelený vodík a obnovitelná elektřina jsou cenově dostupnější.
1 000 000 °C a nekonečná energie
Jádrem této inovace je vodíkové plazma, exotický, vysokoenergetický stav hmoty, který se mimo experimenty s jadernou fúzí vyskytuje jen zřídka. V elektrické obloukové peci se vodík zahřívá na teplotu přes 1 000 000 °C, čímž se mění na vroucí plazmu iontů, elektronů a atomů. Tato extrémní energie umožňuje reakce, kterým se běžná chemie nemůže vyrovnat, a umožňuje téměř okamžitou redukci oxidů kovů.
Vědci již zkoumají objev nové barvy vodíku a další zkoumání vodíkového plazmatu by mohlo přinést pozoruhodné výsledky. Vodíkové plazma je příslibem nekonečné energie pro budoucnost.