一种制造金属合金的新方法可以大大减少这类重要材料的碳足迹。除了消除二氧化碳排放，新工艺还提供了一条从金属氧化物混合物到成品合金的直接途径，绕过了与传统合金生产方法相关的耗能步骤。

　　因瓦合金广受追捧，但碳足迹大，被用于精密仪器等高科技应用。这种新工艺可以使他们的生产更加清洁

　　合金的制造通常需要经过多个步骤，包括从矿石中分别提取金属，然后在高温下将其混合在液相中。得到的材料通常需要进一步加热和机械处理，以形成具有所需微观结构的最终合金。但是这个过程会释放大量的二氧化碳，并且是高度能源密集型的。

　　现在，德国杜塞尔多夫马克斯普朗克可持续材料研究所的Dierk Raabe领导的一个研究小组已经开发出一种方法，可以一步将金属氧化物的混合物转化为金属合金。氧化物在固态时被氢一起还原。

　　传统上，金属矿石是通过在煤的存在下加热来还原的。煤的部分燃烧产生一氧化碳，一氧化碳作为还原剂从金属氧化物中提取金属，在此过程中释放大量二氧化碳。为了避免这种情况，Raabe解释说，许多冶金项目已经开始使用氢来减少金属氧化物。

　　这种新工艺一步就能把金属氧化物变成合金，在这个过程中节省了大量的能源

　　“但后来我们意识到:是什么阻止了我们在同一个烤箱里同时做这些事情——混合和混合?”他说。拉贝指出，通常在合金所需的金属被提取出来之后，它们会被冷却，运送到下一个设备，在那里它们将被混合在一起，然后再次加热。“当你冷却它时，你会失去所有的能量。然后你把它带到下一个工厂，你必须把它加热——这些金属的熔点是1400、1500、1600摄氏度。我们说的是大量的能量损失。”

　　Raabe的团队首先进行了理论分析，以确定能够一步将氧化物转化为合金的物理条件。然后，他们通过生产铁镍合金来演示这一过程，研究人员称这种合金是“最吸引人的含铁材料之一，但生产起来却最脏”。因其高稳定性而备受推崇，被用于许多精密仪器中。虽然英瓦尔的生产通常会释放大量的二氧化碳，但拉贝的团队声称，他们的方法“保持零二氧化碳足迹”——拉贝说，这是由于使用氢作为无碳还原剂，并且消除了需要进一步加热的额外加工步骤。

　　近距离观察以更可持续的方式生产合金的设备

　　通过在固态下操作，该团队的方法还避免了通常与合金生产相关的高温。拉贝说:“在所有的传统烤箱中，你必须把(材料)带到液态，进行混合，并做所有这些事情——我们都是通过固态扩散来完成的。”“这意味着你不需要1500、1600摄氏度这样的高温来制造钢铁和合金，我们可以在600、700、800摄氏度下进行操作。”

　　澳大利亚斯威本科技大学(Swinburne University of Technology)的可持续冶金专家Akbar Rhamdhani解释说:“从矿石资源直接生产合金的想法……已经被许多人提出了很长一段时间。”他没有参与该项目。“这种方法显然有潜力减少碳排放和能源需求，特别是当氢被用作还原剂时。”

　　然而，Rhamdhani指出，Raabe的团队迄今为止专注于纯金属氧化物，这在自然界中是罕见的。他还指出，使用氢作为还原剂限制了可以处理的氧化物的数量。“但仍有许多合金可以成为目标，例如铁镍基高熵合金，”他补充说。“合金的范围可以扩大，比如使用单原子或离子氢作为氧化物的还原剂。”

　　展望未来，拉贝说，他希望用这种新方法扩大合金的生产范围。他说:“我们已经开始研究不同的合金，看看我们能在多大程度上制造出不同类型的材料，这些材料可能也需要不同类型的微观结构。”他还说，该团队热衷于调整这一过程，使其能够处理受污染的原料。“也许是没有人想要的脏氧化物，我们可以从材料中提取有价值的金属，否则你就会从这个行业中扔掉。”

　　在短期内，Raabe指出，这种方法更有可能用于生产少量使用的高价值合金，而不是大规模应用。他说:“我现在已经接到了几家公司的要求，这些公司想要绿色金属或金属合金，但总量不是很大。”“我的目标是小批量、小批量的产品，可能是电子、电气、电池、生物医学等领域。在这些领域，我们通常可以处理相对较小的材料，主要的动机是使其更具可持续性。”

　　Jamie Durrani是高级科学记者

　　《化学世界》杂志。他报道最新的化学研究和相关主题，包括环境、能源和科学政策。查看完整档案