Các nhà nghiên cứu Đức đã báo cáo trên tạp chí Nature của Anh số mới nhất rằng họ đã phát triển một quy trình nấu chảy hợp kim mới có thể biến các oxit kim loại rắn thành hợp kim hình khối chỉ trong một bước. Công nghệ này không yêu cầu nấu chảy và trộn kim loại sau khi được chiết xuất, giúp giảm phát thải khí nhà kính và tiết kiệm năng lượng.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Vật liệu bền vững Max Planck ở Đức đã sử dụng hydro thay vì carbon làm chất khử để chiết xuất kim loại và tạo thành hợp kim ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với điểm nóng chảy của kim loại và đã sản xuất thành công hợp kim có độ giãn nở thấp trong các thí nghiệm. Hợp kim có độ giãn nở thấp bao gồm 64% sắt và 36% niken và có thể duy trì khối lượng của chúng trong phạm vi nhiệt độ lớn, khiến chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.

Các nhà nghiên cứu đã trộn các oxit sắt và niken theo tỷ lệ cần thiết để tạo ra hợp kim có độ giãn nở thấp, nghiền đều bằng máy nghiền bi và ép thành những chiếc bánh tròn nhỏ. Sau đó, họ nung bánh trong lò ở nhiệt độ 700 độ C và đưa khí hydro vào. Nhiệt độ không đủ cao để làm nóng chảy sắt hoặc niken nhưng cũng đủ cao để khử kim loại. Các thử nghiệm cho thấy kim loại hình khối được xử lý có các đặc tính điển hình của hợp kim có độ giãn nở thấp và có tính chất cơ học tốt hơn do kích thước hạt nhỏ. Vì thành phẩm ở dạng khối chứ không phải dạng bột hay hạt nano nên rất dễ đúc và xử lý.

Quá trình nấu chảy hợp kim truyền thống bao gồm ba bước: đầu tiên, các oxit kim loại trong quặng được khử thành kim loại bằng carbon, sau đó kim loại được khử cacbon và các kim loại khác nhau được nấu chảy và trộn lẫn, và cuối cùng, xử lý cơ nhiệt được thực hiện để điều chỉnh cấu trúc vi mô của hợp kim để tạo cho nó những đặc tính cụ thể. Các bước này tiêu tốn một lượng lớn năng lượng và quá trình sử dụng carbon để khử kim loại sẽ tạo ra một lượng lớn carbon dioxide. Lượng khí thải carbon từ ngành công nghiệp kim loại chiếm khoảng 10% tổng lượng khí thải của thế giới.

Các nhà nghiên cứu cho biết sản phẩm phụ của việc sử dụng hydro để khử kim loại là nước, không phát thải carbon và quy trình đơn giản này có tiềm năng tiết kiệm năng lượng rất lớn. Tuy nhiên, các thí nghiệm đã sử dụng oxit sắt và niken có độ tinh khiết cao và hiệu quả