es.wedoany.com Noticia: Un equipo de investigación del Instituto Max Planck para Materiales Sostenibles (MPI-SusMat) ha descubierto que la adición de óxidos metálicos específicos como precursores catalíticos en la producción de metales basada en hidrógeno puede duplicar la cinética de reducción en comparación con procesos sin catalizador, reduciendo además el consumo energético.
La producción de acero y metales es una de las principales fuentes de emisiones de gases de efecto invernadero, representando aproximadamente el 10% de las emisiones globales de CO₂. La producción de metales basada en hidrógeno ofrece una alternativa libre de CO₂, integrando la reducción, aleación y diseño microestructural en un solo paso de producción. Sin embargo, la lenta cinética de reducción de los minerales metálicos a temperaturas inferiores a 800 °C ha obstaculizado la adopción generalizada de esta tecnología. El equipo del MPI-SusMat ya había demostrado anteriormente que el proceso de reducción basado en hidrógeno puede fusionar el proceso tradicional de tres pasos en uno solo. El último hallazgo del equipo indica que la adición de óxido de níquel durante la reducción basada en hidrógeno del mineral de hierro para formar una aleación de hierro-níquel potencia este proceso. El óxido de níquel se co-reduce, formando níquel nanoporoso como fase transitoria, que actúa como un precursor catalítico altamente activo para la reducción del óxido de hierro. La tomografía por sonda atómica combinada con microscopía electrónica de transmisión revela que, cuando el óxido de níquel se reduce rápidamente a níquel metálico poroso, se combina con los óxidos de hierro adyacentes y forma interfaces. En estas interfaces, el hidrógeno interactúa con el níquel y se descompone en átomos de hidrógeno altamente reactivos, que luego migran a la superficie del óxido de hierro vecino, un proceso denominado hidrogenación por derrame, acelerando así la reacción de reducción. La reducción puede iniciarse a temperaturas tan bajas como 300 °C, muy por debajo del punto de ignición del hidrógeno. La aleación resultante que contiene níquel es una aleación madre importante, ampliamente utilizada en aceros inoxidables 304 y 316, así como en aceros de alta resistencia y aceros criogénicos para los sectores automotriz, energético y médico.
Los investigadores señalan que, aunque otros óxidos de metales de transición aún no se han evaluado sistemáticamente, se espera que elementos con propiedades similares, como el cobalto, muestren un comportamiento catalítico análogo. Óxidos como el TiO₂, aunque no se reducen fácilmente, podrían facilitar el derrame de hidrógeno al proporcionar una vía de superficie activa. Los resultados del estudio indican que la formación de aleaciones y la reducción pueden ocurrir simultáneamente, en lugar de la secuencia tradicional de reducción seguida de interdifusión. Este acoplamiento de procesos potenciado por catalizadores de óxidos metálicos permite temperaturas de reducción más bajas, tiempos de procesamiento más cortos y un menor consumo energético, abriendo una ruta sostenible de un solo paso para la producción de aleaciones madre de hierro-níquel. En el MPI-SusMat, la producción sostenible de metales y aleaciones se investiga combinando enfoques experimentales y teóricos. Una comprensión más profunda de estos mecanismos de acoplamiento es crucial para guiar el desarrollo de la próxima generación de tecnologías de reducción más sostenibles y rentables. Los resultados de esta investigación se han publicado en la revista Nature Synthesis, siendo el primer autor el Dr. Xinren Chen, investigador postdoctoral del MPI-SusMat, y el autor de correspondencia el Prof. Dierk Raabe, director gerente del MPI-SusMat.
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