绿色镍：可持续电气化的关键
一项单步提取法实现节能型镍生产，显著降低电池与不锈钢产业的二氧化碳排放。
为应对气候变化并实现气候中和型工业，必须大幅削减碳排放。这一转型的关键在于用电能替代碳基能源载体——尤其在交通运输和工业应用领域。然而电气化转型高度依赖镍这种用于电池和不锈钢生产的关键材料。到2040年，随着基础设施和交通系统电气化程度提升，全球镍需求预计将翻番。但当前每生产一吨镍会排放约20吨二氧化碳，这引发了对环境负担从交通领域转向冶金行业的担忧。德国杜塞尔多夫马克斯·普朗克可持续材料研究所的研究人员现已开发出零碳排放的节能型镍提取技术。该方法还能利用传统复杂工艺难以处理的低品位镍矿，相关成果已发表于《自然》杂志。
一步法实现绿色镍生产
"若继续采用传统方式生产镍并用于电气化，我们只是转移问题而非解决问题"，马克斯·普朗克可持续材料研究所博士研究员乌拜德·曼佐尔表示。曼佐尔与同事开发出使用氢等离子体替代碳基工艺的一步式镍矿提取法。当采用可再生电力和绿色氢能时，该方法不仅可减少84%的二氧化碳排放，还能提升高达18%的能效。
传统工业依赖高品位镍矿，因为低品位镍矿的化学结构复杂（镍元素被束缚在复杂的硅酸镁或氧化铁中），其提取难度远高于可通过简单脱氧还原的铁元素。常规提取需要经过焙烧、熔炼、还原和精炼等多道高能耗、高碳排工序。新技术的重大突破在于能在单一反应炉中同步完成熔炼、还原和精炼，直接生产出精炼镍铁合金，可处理占全球镍储量60%的低品位矿。"通过氢等离子体控制电弧炉内的热力学过程，我们即使不使用催化剂也能解构低品位矿中的复杂矿物结构"，研究所课题组组长伊纳尔迪·索萨·菲尔霍解释道。
迈向工业应用
该方法在降低排放和能耗的同时，拓宽了可用镍矿范围，使提取过程更具成本效益和可持续性。研究团队的下一步工作是推进工业级应用。"镍矿还原仅发生在反应界面而非整个熔体"，曼佐指出，"在放大系统中，必须确保未还原熔体持续抵达反应界面"。这可通过三种成熟工业技术实现：采用大电流短弧操作、在炉底加装电磁搅拌装置、或采用气体喷射技术。
绿色镍生产技术为交通领域可持续电气化开辟了新路径。所得镍合金可直接用于不锈钢生产，经进一步提纯后可作为电池电极材料。此外，还原过程中产生的矿渣可作为建材用于砖块和水泥生产。该技术同样适用于电动汽车和储能系统所需的钴元素提取。
消息来源：亚斯明·艾哈迈德·萨勒姆/马克斯·普朗克可持续材料研究所
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