Các nhà nghiên cứu tại Viện vật liệu bền vững Max Planck của Đức (MPI-SusMat) đã tiên phong trong một kỹ thuật đột phá để khai thác niken bằng plasma hydro. Quy trình cải tiến này tiết kiệm năng lượng hơn tới 18% và giảm lượng khí thải CO2 đáng kể tới 84%.
Bằng cách tập trung vào quặng niken cấp thấp, chiếm 60% trữ lượng toàn cầu, nhóm nghiên cứu đã mở khóa tiềm năng xử lý các loại quặng phức tạp này một cách hiệu quả.
Sử dụng plasma hydro và kiểm soát nhiệt độ chính xác, các nhà nghiên cứu có thể phân hủy các hợp chất phức tạp trong một lò nung duy nhất, tạo ra hợp kim ferronickel khử (bao gồm 36% niken, 63,8% sắt và 0,2% carbon) - tất cả chỉ trong một lần, thậm chí không sử dụng chất xúc tác.
Plasma hydro là trạng thái khí hydro trong đó các nguyên tử đã bị ion hóa, tạo ra hỗn hợp proton và electron. Plasma hydro chứa nồng độ hạt tích điện cao, tạo ra mật độ năng lượng cao, nhờ đó có thể tăng cường động học của các phản ứng hóa học oxy hóa khử, có khả năng tiết kiệm năng lượng trong các quá trình như khử quặng sắt.
Phương pháp này không chỉ giải quyết các mối quan ngại về môi trường mà còn cắt giảm chi phí bằng cách giảm thiểu sự phụ thuộc vào các mỏ cấp cao.
Tại sao phương pháp này lại quan trọng? Bởi niken đang đóng vai trò là một trong những kim loại quan trọng cho quá trình chuyển đổi năng lượng trên toàn cầu.
Theo dự báo, nhu cầu niken toàn cầu có thể đạt 4,3 triệu tấn vào năm 2027 - với ngành công nghiệp pin xe điện (EV) vượt qua thép không gỉ để trở thành động lực chính. Sự chuyển đổi này phản ánh sự bùng nổ của xe điện và nhu cầu lưu trữ năng lượng tái tạo, nơi niken là thành phần quan trọng trong pin lithium-ion (đặc biệt là pin NMC - Nickel Manganese Cobalt).
Fortune Business Insights cho biết, quy mô thị trường niken toàn cầu đạt 33 tỷ USD năm 2020 và có thể tăng lên 59 tỷ USD vào năm 2028, với tốc độ tăng trưởng 7,3% mỗi năm.
Nhờ plasma hydro, ngay cả sản phẩm phụ cũng không phải bỏ đi
Đột phá của MPI-SusMat có thể cách mạng hóa ngành công nghiệp trung hòa khí hậu trên toàn thế giới vì nó có thể giải quyết bài toán về nhu cầu niken, đồng thời bảo vệ môi trường và phát triển bền vững, tuần hoàn.
Đó là vì, quá trình này tạo ra hợp kim ferronickel khử - sản phẩm cuối cùng của quy trình - có thể được sử dụng trực tiếp trong sản xuất thép không gỉ. Khi tiếp tục tinh chế, nó còn có thể trở thành vật liệu cho điện cực pin, góp phần quan trọng vào sự phát triển của ngành xe điện và năng lượng tái tạo.
Ngay cả các sản phẩm phụ cũng mang lại giá trị đáng kể. Xỉ thu được từ quá trình này có thể dùng để sản xuất gạch và xi măng, giúp thúc đẩy xu hướng phát triển bền vững. Ngoài ra, quy trình còn có thể điều chỉnh để khai thác coban - một kim loại quan trọng trong sản xuất xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng.
Minh họa về quá trình khai thác niken mang tính cách mạng bằng cách sử dụng plasma hydro để giảm phát thải (minh họa không thực tế do AI tạo ra). Nguồn: Ideogram.
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày một gia tăng, toàn cầu đang nỗ lực hướng tới các ngành công nghiệp trung hòa khí hậu - nghĩa là phải đạt được mức phát thải khí nhà kính ròng bằng 0 nhằm làm giảm đáng kể lượng khí thải carbon.
Một thành phần quan trọng của quá trình chuyển đổi này là sự chuyển đổi từ nhiên liệu gốc carbon sang điện, đặc biệt là trong các hệ thống giao thông và công nghiệp.
Niken, một vật liệu quan trọng cho cả thép không gỉ và pin được sử dụng trong xe điện (EV) và lưu trữ năng lượng tái tạo, đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiến hóa này.
Tuy nhiên, các phương pháp sản xuất niken truyền thống thải ra một lượng CO2 khổng lồ, đặt ra thách thức đáng kể về môi trường.
Các phương pháp sản xuất niken truyền thống bao gồm nhiều bước tốn nhiều năng lượng, chẳng hạn như nung, nấu chảy, khử và tinh chế, mỗi bước đều góp phần đáng kể vào lượng khí thải carbon. Hiện tại, mỗi tấn niken được sản xuất có thể thải ra khoảng 20 tấn CO2 vào khí quyển.
Nhờ MPI-SusMat, bài toán này có thể được giải quyết tích cực trong tương lai.
