Nhu cầu về niken dự kiến ​​tăng gấp đôi vào năm 2040 do điện khí hóa ngày càng tăng. Đó là một vấn đề, vì sản xuất niken thông thường không hề sạch. Sản xuất chỉ một tấn niken, hiện thải ra khoảng 20 tấn CO₂ vào khí quyển. Điều này làm dấy lên mối lo ngại rằng, chúng ta có thể đang thay thế khí thải từ xe cộ bằng một vấn đề khí thải khác.

Các nhà nghiên cứu tại Viện vật liệu bền vững Max Planck (MPI-SusMat) cho rằng, có một cách tốt hơn. Họ phát triển một phương pháp mới, không có carbon để chiết xuất niken bằng plasma hydro. Điều này có thể cắt giảm đáng kể lượng khí thải từ quá trình sản xuất niken và tận dụng quặng cấp thấp thường bị bỏ qua.

Nhóm nghiên cứu tạo ra một kỹ thuật mới, sử dụng plasma hydro để chiết xuất niken từ quặng chỉ trong một bước. Không giống như các phương pháp thải nhiều carbon hiện nay, quy trình này cắt giảm 84% lượng khí thải CO₂. Quy trình cũng tiết kiệm năng lượng tới 18%, đặc biệt là khi sử dụng điện tái tạo và hydro xanh.

Đây là một thay đổi lớn so với các quy trình truyền thống, thường bao gồm một số bước tốn nhiều năng lượng như: nung, nấu chảy, khử và tinh chế. Mỗi bước đều tiêu thụ rất nhiều năng lượng và làm tăng lượng khí thải carbon.

Một lợi thế quan trọng khác là phương pháp mới này hoạt động với quặng niken cấp thấp. Những loại quặng này, chiếm 60% trữ lượng niken toàn cầu, thường được coi là quá phức tạp để xử lý hiệu quả. Đó là vì niken trong những loại quặng này bị dính chặt trong các hợp chất như magie silicat và oxit sắt.

Nhưng phương pháp của Max Planck phá vỡ các hợp chất phức tạp này trong một lò hồ quang điện duy nhất. Sử dụng plasma hydro và kiểm soát chính xác nhiệt động lực học, các nhà nghiên cứu đã khử và tinh chế quặng niken cấp thấp thành hợp kim ferronickel, tất cả chỉ trong một lần, thậm chí không sử dụng chất xúc tác.

Ngoài các lợi ích về môi trường, phương pháp này mở ra hướng đi mới cho sản xuất niken tiết kiệm chi phí. Sử dụng quặng cấp thấp giúp giảm chi phí và giảm nhu cầu khai thác các mỏ cấp cao đắt đỏ. Nhóm Max Planck hiện đang nghiên cứu mở rộng quy trình để sử dụng trong công nghiệp.

Sản phẩm cuối cùng, hợp kim ferronickel khử, có thể sử dụng trực tiếp trong sản xuất thép không gỉ. Với quá trình tinh chế hơn nữa, nó cũng có thể dùng làm vật liệu cho điện cực pin, cung cấp cho ngành xe điện và ngành năng lượng tái tạo đang phát triển nhanh chóng.

Ngay cả các sản phẩm phụ cũng có giá trị. Xỉ còn lại từ quá trình này có thể dùng trong sản xuất gạch và xi măng, thúc đẩy quá trình phát triển bền vững. Quy trình này cũng có thể điều chỉnh để khai thác coban, một kim loại quan trọng khác sử dụng trong xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng.

Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Nature.