دانشمندان آمریکایی پاک‌ترین فولاد جهان را تولید کردند

ایسنا: دانشمندان آمریکایی با هزینه کمتر به آهن سازی بدون زغال سنگ دست یافته‌اند که می‌تواند صنعت فولاد را متحول کند و انتشار کربن را کاهش دهد.

یک روش الکتروشیمیایی با دمای پایین برای تولید آهن می‌تواند باعث تغییر شکل صنعت فولاد شود. فولاد ستون فقرات تمدن مدرن است که در همه چیز از ساختمان‌ها و پل‌ها گرفته تا ماشین‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

به نقل از آی‌ای، از سوی دیگر، فولادسازی یکی از بزرگترین منابع انتشار کربن در جهان است که در درجه اول به دلیل فرآیند سنتی استخراج آهن از سنگ معدن با استفاده از کوره‌های بلند زغال سنگ این کربن را منتشر می‌کند.

از آنجایی که تقاضای جهانی برای فولاد همچنان رو به رشد است، یافتن روش‌های تولید پاک‌تر و پایدارتر بسیار مهم است و این نه فقط برای اهداف آب و هوایی، بلکه برای آینده خود صنعت اهمیت دارد. اکنون، محققان به الکتروشیمی روی آورده‌اند تا نحوه ساخت آهن که عنصر کلیدی فولاد است را تغییر دهند.

این روش نوظهور به جای تکیه بر کوره‌های با دمای بالا و سوخت فسیلی، از الکتریسیته برای استخراج آهن خالص از اکسید آهن در دماهای بسیار پایین‌تر و با انتشار بسیار کمتر استفاده می‌کند.

این یک گام امیدوارکننده به سمت یک صنعت فولاد سبزتر است. صنعتی که می‌تواند به کاهش آلودگی بدون قربانی کردن عملکرد یا سودآوری کمک کند.

در دانشگاه اورگان، شیمیدان پل کمپلر (Paul Kempler) و گروهش در حال توسعه یک فرآیند الکتروشیمیایی هستند که اکسید آهن و آب شور را به فلز آهن خالص تبدیل می‌کند و در عین حال کلر، یک محصول جانبی با ارزش تجاری را نیز تولید می‌کند.

این روش می‌تواند تأثیر زیست‌محیطی آهن‌سازی سنتی را کاهش دهد و در نهایت با رویکردهای امروزی رقابت کند. سال گذشته، این گروه نشان دادند که الکتروشیمی می‌تواند با موفقیت اکسید آهن را در آزمایشگاه به آهن تبدیل کند. اما سنگ‌های آهن در دنیای واقعی بسیار پیچیده‌تر از مواد خالص‌شده‌ای هستند که در آزمایش‌های قبلی استفاده می‌شوند.

برای نزدیک‌تر کردن فرآیندشان به واقعیت، محققان باید بفهمند که کدام نوع از اکسیدهای آهن طبیعی در این واکنش‌های دمای پایین بهتر عمل می‌کنند.

کمپلر می‌گوید: ما در واقع یک اصل شیمیایی داریم، نوعی قانون راهنما برای طراحی، که به ما می‌آموزد چگونه اکسیدهای آهن کم‌هزینه‌ای را که می‌توانیم در این راکتورها استفاده کنیم، شناسایی کنیم.

برای پاسخ به این سوال، دو محقق بررسی کردند که چگونه شکل و ساختار ذرات اکسید آهن بر این فرآیند تأثیر می‌گذارد.

آنها ذرات متخلخل و متراکم با ترکیبات مشابه اما ساحتار داخلی متفاوت ایجاد کردند. یافته های آنها روشن بود: تخلخل مهم است. ذرات متخلخل، که سطح داخلی بیشتری دارند، باعث می‌شوند که آهن سریعتر و کارآمدتر تولید شود.

در مقابل، ذرات متراکم، روند را کند کرده و میزان آهنی را که می‌توان در لحظه تولید کرد، محدود می‌کنند.

یک جهش بزرگ به جلو

بهره‌وری فراتر از یک دستاورد علمی است. این یک ضرورت تجاری است. کارخانه‌های الکتروشیمیایی در مقیاس بزرگ گران هستند و هر چه یک سیستم سریعتر آهن تولید کند، زودتر هزینه خود را پرداخت می‌کند.

با استفاده از ذرات متخلخل، محققان تخمین زدند که آنها می‌توانند آهن را با قیمت کمتر از ۶۰۰ دلار در هر تُن متریک تولید کنند که مشابه جایگاه آهن‌سازی معمولی است.

پیشرفت‌های بیشتر در طراحی الکترود و مواد اولیه متخلخل می‌تواند این فرآیند را حتی بیشتر پیش ببرد. برای تسریع مسیر از آزمایشگاه به صنعت، این گروه با مهندسین عمران در دانشگاه ایالتی اورگان و یک شرکت تولید الکترود همکاری می‌کنند.

این مطالعه نشان می‌دهد که فناوری می‌تواند نیازهای یک جامعه صنعتی را بدون مخرب بودن برای محیط‌زیست برآورده کند.