Manzoor, U., Mujica Ronncery, L., Raabe, D. a kol., „Udržitelný nikl povolený redukcí na bázi vodíku“, Příroda 641, 365–373 (2025). doi.org/10.1038/S41586-025-08901-7
NIckel pohání vše, od gadgetů po zelené technologie. Ale v současné době to zahrnuje daleko od zeleného, ve skutečnosti špinavý proces. Nová studie však odhalila, co její autoři říkali, že je hra měnící se a udržitelná metoda pro extrakci niklu z nízkoprůhledných rud s použitím vodíkové plazmy místo uhlíku. Je to jednostupňový proces bez oxidu uhličitého, který údajně šetří energii i čas.
Nickel je důležitý kov používaný v několika technologiích čisté energie, zejména elektrických vozidel (EV), a očekává se, že poptávka po něm překročí šest milionů tun ročně do roku 2040. Zatímco EV jsou považovány za čistší alternativu k tradičním fosilním palivovým vozidlům, které jsou spojeny s jejich výrobou, zejména při výrobě lithium-iontových baterií.
Hlavní součástí těchto baterií je nikl a jeho extrakce je velmi náročná na uhlík. Provození pouze jedné tuny niklu může vést k více než 20 tunám emisí oxidu uhličitého. Takže zatímco EV snižují emise během provozu, proces získávání materiálů, jako je Nickel, jednoduše přesune mimo jiné přepravní zátěž z dopravního sektoru do sektoru těžby a zpracování.
Metodika
Studie zveřejněná v Příroda 30. dubna byli prováděni vědci v Institutu Max Planck Institute for Sustainable Materials v Německu Düsseldorf. Ve studii vědci obešli tradiční vícestupňový proces k extrahování niklu – který zahrnuje kalcinaci, tavení, redukci a rafinaci – a vyvinul jediný metalurgický krok provedený v jedné peci. „Navrhovaná metoda má potenciál být až asi o 18% energeticky účinnější při snižování přímých emisí oxidu uhličitého o 84% ve srovnání se současnou praxí,“ napsal příspěvek.
Ubaid Manzoor, výzkumný pracovník z Institutu Max Planck Institute a hlavní autor studie, řekl: „Tradiční extrakce niklu je vícestupňová, energeticky náročná a spoléhá na uhlík. Oxid niklu se zahřívá uhlíkem, který odstraňuje kyslík a produkuje čistý nikl, emise oxidu uhličitého.“ Vědci navrhli nahradit uhlík vodíkem jako redukční činidlo a používat elektřinu jako zdroj energie, konkrétně prostřednictvím elektrické obloukové pece.
„V naší metodě používáme vodíkovou plazmu. Vlohovodík plyn, když je vystaven vysokoenergetickým elektronů v elektrickém oblouku, rozděluje se do vysokoenergetických iontů, vstupující do plazmatického stavu-extrémně horký a reaktivní čtvrtý stav. rychleji, “řekl pan Manzoor. Dodal, že metoda je kineticky lepší – což znamená, že chemická reakce je energeticky zvýhodněnější – díky vysoce reaktivní a nestabilní povaze plazmy.
„Koncovým produktem reagujícího vodíku s kyslíkem je voda, nikoli oxid uhličitý. Celý proces je tedy bez uhlíku a používá pouze elektřinu, a dává vodu jako vedlejší produkt,“ dodal.
Umožňující udržitelnou výrobu
Studie se zaměřila na lateritové rudy, typ hornin bohatých na půdu, které obsahují kovy, jako je nikl. Tvoří se v horkých tropických oblastech, když v průběhu času rozkládají horniny déšť a teplo a zanechávají za sebou vrstvy bohaté na kovy. Jsou hojné, ale těžko je zpracovávat. „Zatímco sulfidové rudy se nacházejí hlubší podzemí a je snazší je zpracovávat, rychle vyčerpávají. Nová metoda používaná ve studii funguje efektivně na lateritetech, což je klíčová k budoucí produkci niklu,“ řekl Manzoor.
Indie má značné rezervy niklu laterity, zejména v oblasti Odisha Sukinda. „Tato ložiska obsahující 0,4-0,9% niklu jako nikeliferous limonit v chromitovém dole přetížení jsou často přehlíženy, protože tradiční metody vyžadují rudy vyššího stupně. Ale (metoda týmu) vyniká při získávání hodnoty z těchto nižších zdrojů,“ řekl Dierk Raabe, profesor a ředitel Max Planckovy ústavy a Co-Author studie. Dodal, že tato technologie by mohla hrát hlavní roli, protože poptávka po udržitelně vyráběných materiálech stále roste.
„Bez takových inovací revoluce udržitelnosti-ať už v elektrifikaci, obnovitelných zdrojích nebo zelené infrastruktuře-rizika pouze posunují oxid uhličitý a energetickou zátěž z jednoho sektoru na druhý. Jinými slovy, můžeme vybudovat„ zelenější “svět prostřednictvím EV, což je, že je to vše, co je možné,“ tvrdí, že je to vše, co je možné, aby vše, co bylo možné, aby vše o tom, že je to vše, co je možné.
Nevyhnutelná poptávka po niklu ve více průmyslových odvětvích a její tradičně náročná na uhlík představují „zvláštní výzvu pro země, jako je Indie, kde je pro hospodářský rozvoj nezbytný rychlý průmyslový růst. Indie musí současně splnit ambiciózní klimatické cíle a využívat tržní příležitosti v zelené ekonomice,“ dodal Raabe.
Pokračoval v tom, že technologie se dobře vyrovnává s indickými duálními cíli-urychlit industrializaci a rozvoj infrastruktury a zároveň se odhodlává na cíl dosáhnout emisí čistého nula do roku 2070. Rovněž snižuje potřebu importu a maximalizovat potenciál domácích a nedostatečně využívajících minerálních aktiv, dodal.
Některé výzvy
Pratik Kumar, odborný asistent na ministerstvu stavebního inženýrství na IIT-Jammu a který nebyl s novou studií spojen, uvedl, že tento výzkum by mohl být velmi vhodnou metodou pro extrakci niklu z rudy, zejména když svět kriticky myslí ve směru uhlíkové neutrality. Metoda produkuje vysoce čisté Ferronickel-slitinu, se kterou lze vyrobit nerezovou ocel-eliminuje potřebu rozsáhlých rafinačních kroků a celkový proces zvyšuje udržitelnější na papíře. „Škálovatelnost uvedené studie na průmyslovou výrobu by však zahrnovala určité výzvy, včetně vysoké počáteční investice do infrastruktury a obnovitelné energie a omezení v použitelnosti rudy. Také může být vyžadována další hloubková studie o termodynamické kinetice.
„Navzdory těmto překážkám nabízí studie slibnou a udržitelnou alternativu k konvenčním metodám extrakce niklu.“
Hirra Azmat je novinářka se sídlem v Kašmíru, která píše o vědě, zdraví a životním prostředí.
Publikováno – 10. června 2025 06:36 IS
