أفاد باحثون ألمان في العدد الأخير من مجلة Nature البريطانية أنهم طوروا عملية صهر جديدة للسبائك يمكنها تحويل أكاسيد المعادن الصلبة إلى سبائك على شكل كتلة في خطوة واحدة. ولا تتطلب هذه التقنية صهر المعدن وخلطه بعد استخلاصه، مما يساعد على تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة والحفاظ على الطاقة.

استخدم الباحثون في معهد ماكس بلانك للمواد المستدامة في ألمانيا الهيدروجين بدلاً من الكربون كعامل اختزال لاستخراج المعدن وتشكيل السبيكة عند درجات حرارة أقل بكثير من نقطة انصهار المعدن، ونجحوا في إنتاج سبائك منخفضة التمدد في التجارب. وتتكون السبائك منخفضة التمدد من 64% حديد و36% نيكل، ويمكنها الحفاظ على حجمها ضمن نطاق درجات حرارة كبير، مما يجعلها تستخدم على نطاق واسع في الصناعة.

قام الباحثون بخلط أكاسيد الحديد والنيكل بالنسب المطلوبة للسبائك منخفضة التمدد، ثم طحنوها بالتساوي بمطحنة كروية وضغطوها لتشكيل كعكات مستديرة صغيرة. ثم قاموا بتسخين الكعك في الفرن إلى 700 درجة مئوية وأدخلوا الهيدروجين. ولم تكن درجة الحرارة مرتفعة بما يكفي لإذابة الحديد أو النيكل، ولكنها كانت مرتفعة بما يكفي لاختزال المعدن. وأظهرت الاختبارات أن المعدن المعالج على شكل كتلة يتمتع بالخصائص النموذجية للسبائك منخفضة التمدد وله خصائص ميكانيكية أفضل بسبب حجم حبيباته الصغير. نظرًا لأن المنتج النهائي كان على شكل كتلة بدلاً من مسحوق أو جسيمات نانوية، فقد كان من السهل صبه ومعالجته.

يتضمن صهر السبائك التقليدية ثلاث خطوات: أولاً، يتم تحويل أكاسيد المعادن الموجودة في الخام إلى معدن بواسطة الكربون، ثم تتم إزالة الكربون من المعدن ويتم صهر المعادن المختلفة وخلطها، وأخيرًا، يتم إجراء المعالجة الحرارية الميكانيكية لضبط البنية المجهرية للسبائك. السبيكة لإعطائها خصائص محددة. تستهلك هذه الخطوات كميات هائلة من الطاقة، كما أن عملية استخدام الكربون لاختزال المعادن تنتج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون. تمثل انبعاثات الكربون الناتجة عن صناعة المعادن حوالي 10% من الإجمالي العالمي.

وقال الباحثون إن المنتج الثانوي لاستخدام الهيدروجين لتقليل المعادن هو الماء، مع عدم وجود انبعاثات كربونية، وأن العملية البسيطة لديها إمكانات هائلة لتوفير الطاقة. إلا أن التجارب استخدمت أكاسيد الحديد والنيكل ذات النقاوة العالية والكفاءة