Deutsche Forscher haben in der neuesten Ausgabe der britischen Fachzeitschrift Nature berichtet, dass sie ein neues Legierungsschmelzverfahren entwickelt haben, das feste Metalloxide in einem Schritt in blockförmige Legierungen umwandeln kann. Die Technologie erfordert kein Schmelzen und Mischen des Metalls nach der Gewinnung, was zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen und zur Energieeinsparung beiträgt.

Forscher am Max-Planck-Institut für nachhaltige Materialien in Deutschland verwendeten Wasserstoff anstelle von Kohlenstoff als Reduktionsmittel, um das Metall zu extrahieren und die Legierung bei Temperaturen weit unter dem Schmelzpunkt des Metalls zu bilden, und haben in Experimenten erfolgreich Legierungen mit geringer Ausdehnung hergestellt. Die Legierungen mit geringer Ausdehnung bestehen aus 64 % Eisen und 36 % Nickel und können ihr Volumen in einem großen Temperaturbereich beibehalten, weshalb sie in der Industrie weit verbreitet sind.

Die Forscher mischten die Oxide von Eisen und Nickel im erforderlichen Verhältnis für Legierungen mit geringer Ausdehnung, mahlten sie gleichmäßig mit einer Kugelmühle und pressten sie zu kleinen runden Kuchen. Anschließend erhitzten sie die Kuchen in einem Ofen auf 700 Grad Celsius und leiteten Wasserstoff ein. Die Temperatur war nicht hoch genug, um das Eisen oder Nickel zu schmelzen, aber hoch genug, um das Metall zu reduzieren. Tests zeigten, dass das verarbeitete blockförmige Metall die typischen Eigenschaften von Legierungen mit geringer Ausdehnung aufwies und aufgrund seiner geringen Korngröße bessere mechanische Eigenschaften aufwies. Da das fertige Produkt in Form eines Blocks und nicht in Form von Pulver oder Nanopartikeln vorlag, ließ es sich leicht gießen und verarbeiten.

Das traditionelle Schmelzen von Legierungen umfasst drei Schritte: Zuerst werden die Metalloxide im Erz durch Kohlenstoff zu Metall reduziert, dann wird das Metall entkarbonisiert und verschiedene Metalle werden geschmolzen und gemischt, und schließlich wird eine thermisch-mechanische Verarbeitung durchgeführt, um die Mikrostruktur des Erzes anzupassen der Legierung, um ihr bestimmte Eigenschaften zu verleihen. Diese Schritte verbrauchen enorme Mengen an Energie, und bei der Verwendung von Kohlenstoff zur Reduzierung von Metallen entstehen große Mengen Kohlendioxid. Die Kohlenstoffemissionen der Metallindustrie machen etwa 10 % der weltweiten Gesamtemissionen aus.

Die Forscher sagten, dass das Nebenprodukt der Verwendung von Wasserstoff zur Reduzierung von Metallen Wasser ist, ohne Kohlenstoffemissionen, und dass der einfache Prozess ein enormes Potenzial für Energieeinsparungen bietet. Allerdings wurden in den Experimenten Eisen- und Nickeloxide von hoher Reinheit und Effizienz verwendet