Исследователи разработали процесс рафинирования никеля, который может значительно сократить его углеродный след/ Сегодня этот углеродный след можно сравнить с суммарными выбросами небольшой страны. Эксперимент описан в журнале Nature.
Новый метод очистки никеля поможет снизить выбросы на 80%
Ученые разработали процесс рафинирования никеля, который может значительно сократить его углеродный след. Сегодня углеродный след при очистке никеля в мире можно сравнить с суммарными выбросами небольшой страны.
Печь на заводе по переработке никелевой руды в Соровако, Индонезия. Hariandi Hafid/ZUMA Press Wire/Shutterstock
Россия занимает четвертое место в мире по доказанным запасам никеля — более 8 миллионов тонн. Россия производит 10% мирового никеля в год. И конечно, любое улучшение в производстве этого ценного металла важно для российской промышленности.
«Мы сделали это, чтобы доказать, что наука работает», — говорит соавтор работы Убаид Манзур, инженер-металлург из Института устойчивых материалов Макса Планка в Дюссельдорфе, Германия.
Никель — ключевой компонент нержавеющей стали, а его использование в литий-ионных батареях, по прогнозам, удвоит мировой спрос на никель к 2040 году. Однако его производство является одним из самых грязных среди всех металлов. «Первичное производство никеля очень углеродоемкое», — говорит Манзур. В среднем при рафинировании одной тонны никелевой руды образуется около 20 тонн углекислого газа (см. рисунок).
Углеродные выбросы при производстве различных металлов.
Углеродоемкость может еще больше возрасти, если никель будет добываться из латеритов — типа руды, который в настоящее время используется достаточно редко. Этот процесс может высвобождать более 40 тонн углекислого газа на тонну никеля, потому что в нем используется богатый углеродом кокс — материал, обычно получаемый из угля, — для удаления кислорода из породы путем химического восстановления.
Никель почти без СО2
Комплексный обзор производства Ni из природных руд.
Манзур и его коллеги предлагают альтернативный метод, при котором кислород извлекается с помощью водородной плазмы. В ходе эксперимента они поместили измельченный латерит в настольную электродуговую печь. Затем они впрыснули газообразный водород и ионизировали его интенсивным электрическим током. Ионы водорода лишили породу кислорода, в результате чего получилась высокочистая смесь никеля и железа, а также силикаты магния, которые, по словам авторов, можно использовать для производства кирпича.
Производство водорода само по себе является энергоемким процессом, но его можно осуществлять с помощью возобновляемых источников энергии. И наоборот, использование кокса или угля в доменных печах неизбежно приводит к выделению CO2. Исследователи подсчитали, что их плазменный процесс может сократить выбросы CO2 на 84% по сравнению с обычной переработкой латерита, а также использовать на 18% меньше энергии.
Использование газообразного водорода для восстановления железной руды уже рассматривается как перспективный низкоуглеродный путь для производства «зеленой стали», но Манзур говорит, что превращение водорода в плазму ускоряет реакцию, делая процесс более эффективным. В исследованииhttps://www.nature.com/articles/s41586-023-06901-z?error=cookies_not_supported&code=65cde564-8dc0-4250-8b0b-97f41201d83chttps://www.nature.com/articles/s41586-023-06901-z?error=cookies_not_supported&code=2647602c-1d8e-43aa-a4cd-64f948ec103b, опубликованном в прошлом году, ученые из той же лаборатории использовали водородную плазму для рафинирования железа из отходов алюминиевых заводов.