Вчені з Інституту сталого матеріалознавства імені Макса Планка розробили безвуглецевий та енергозберігаючий процес видобутку нікелю для батарей, магнітів та нержавіючої сталі.
Перехід від викопного палива до електроенергії є ключовим компонентом у скороченні викидів CO2 і, таким чином, у стримуванні зміни клімату. Нікель незамінний для електрифікації, особливо в транспортному та промисловому секторах. Нікель потрібен для акумуляторів, магнітів та нержавіючої сталі. Згідно з прогнозами, попит на нікель, як очікується, подвоїться до 2040 року. Однак, традиційне виробництво нікелю наразі генерує близько 20 тонн CO2 на тонну нікелю – значне навантаження на навколишнє середовище. Вчені з Інституту стійких матеріалів імені Макса Планка (MPI-SusMat) у Дюссельдорфі досягли прориву. Вони розробили енергоефективний процес видобутку нікелю без викидів CO2, який також дозволяє використовувати раніше занедбані руди нижчого сорту.
«Якщо ми продовжуватимемо виробляти нікель традиційним способом та використовувати його для електрифікації, ми просто перенесемо екологічне навантаження з транспортного сектору на металургійний», – пояснює Убайд Манзур, докторант MPI-SusMat та перший автор публікації. Разом зі своїми колегами він розробив процес, у якому нікель видобувається з руд за один крок за допомогою водневої плазми – повністю без вуглецю. Якщо врахувати викиди CO2, що утворюються під час видобутку та транспортування нікелевих руд, новий процес зменшує викиди CO2 на 84 відсотки. Крім того, процес є до 18 відсотків енергоефективнішим при використанні відновлюваних джерел енергії, оскільки він дозволяє уникнути багаторазового нагрівання та охолодження руд, необхідного для традиційних методів.
Досі промисловість покладалася переважно на високоякісні руди, оскільки видобуток нікелю з нижчоякісних руд є технічно набагато складнішим. Нікель зустрічається у складних силікатах або оксидах заліза. Тому традиційні процеси вимагають кількох енергоємних етапів: кальцинації, плавки, відновлення та рафінування. Завдяки своєму новому процесу вчені Макса Планка також можуть переробляти нижчоякісні руди, які становлять близько 60 відсотків світових запасів нікелю, в одній електродуговій печі на високоякісний нікелевий продукт, відомий як феронікель.
«Використовуючи водневу плазму та контролюючи термодинаміку в електродуговій печі, нам вдалося перетворити складну кристалічну структуру мінералів на простіші іонні форми – і навіть без каталізаторів», – пояснює професор Існальді Соуза Фільйо, керівник групи в MPI-SusMat та автор-кореспондент дослідження.
Цей процес не лише зменшує викиди та споживання енергії, але й розширює асортимент придатних для використання нікелевих руд – це перемога як для економіки, так і для навколишнього середовища. Наступним кроком є масштабування процесу для промислового застосування. «Відновлення руд відбувається виключно на реакційній поверхні, а не по всій ванні розплаву. Тому для впровадження в промислових масштабах вкрай важливо, щоб невідновлений розплав безперервно досягав реакційної поверхні», – каже Манзур. «Цього можна досягти за допомогою сильнострумових електричних дуг, електромагнітних систем перемішування та газових імпульсів». Ці методи вже використовуються в промисловості, що полегшує інтеграцію в існуючі виробничі потужності.
Новий процес виробництва зеленого нікелю закладає основу для більш екологічно чистої електрифікації транспортного сектору. Отриманий феронікель можна використовувати безпосередньо у виробництві нержавіючої сталі або – після подальшої переробки – для виготовлення матеріалів для акумуляторів та високопродуктивних магнітів. Шлак, що утворюється в процесі відновлення, також можна використовувати повторно, наприклад, у цементі або цеглі в будівельній галузі. Цей процес також можна використовувати для отримання інших металів, таких як кобальт, який також відіграє ключову роль в електромобільності та накопиченні енергії.
Оригінальна публікація
У. Манзур, Л. Мухіка Ронсери, Д. Раабе, І. Р. Соуза Фільйо: Сталий нікель, що забезпечується відновленням на основі водню. У: Nature (2025), DOI: 10.1038/s41586-025-08901-7
також читати
Рідкісноземельні елементи: перші конкретні кроки до циркулярної економіки | Pugnalom
