Sản xuất thép không phát thải khí nhà kính

Sản lượng thép trên toàn thế giới hiện nay đạt khoảng 1,5 tỷ tấn/năm. Qui trình phổ biến sản xuất thép từ quặng sắt, chủ yếu là oxit sắt, nhờ nung nóng quặng sắt bằng các bon; qui trình này sinh ra sản phẩm phụ là CO2. Theo các số liệu của ngành công nghiệp thép, sản xuất 1 tấn thép thải ra gần 2 tấn CO2, chiếm 5% tổng phát thải khí nhà kính trên thế giới.

Ngành công nghiệp thép đã đạt được phần nào thành công trong việc tìm kiếm các phương pháp sản xuất thép không thải các bon. Donald Sadoway, một trong các nhà nghiên cứu cho rằng ý tưởng về phương pháp mới nảy ra khi ông nhận được trợ cấp từ NASA để tìm kiếm các phương thức sản xuất oxy trên mặt trăng.

Một qui trình được gọi là điện phân oxit nóng chảy, có thể sử dụng oxit sắt từ đất mặt trăng để sản xuất lượng oxy dồi dào. Sadoway đã thử nghiệm qui trình sử dụng đất giống đất trên mặt trăng từ miệng núi lửa Meteor ở Arizona chứa oxit sắt do tác động của hành tinh nhỏ cách đây hàng nghìn năm và đã phát hiện thấy nó tạo ra sản phẩm phụ là thép.

Phương pháp của Sadoway sử dụng cực dương iridi, nhưng do iridi đắt đỏ và các nguồn cung cấp hạn chế, nên đây không phải là phương pháp khả thi để sản xuất thép với khối lượng lớn trên Trái đất. Nhưng, sau nhiều nghiên cứu, các nhà khoa học đã xác định được một hợp kim rẻ tiền thay thế cực dương iridi trong qui trình điện phân oxit nóng chảy. Đây không phải là vấn đề dễ giải quyết vì bình oxit sắt nóng chảy cần được lưu giữ ở nhiệt độ khoảng 1.600oC. Nhiều nhà nghiên cứu đã nỗ lực sử dụng gốm, nhưng chúng giòn và dễ vỡ.

Vì thế, các nhà khoa học đã giải quyết vấn đề bằng cách sử dụng một hợp kim tự nhiên tạo thành một màng mỏng oxit kim loại trên bề mặt của nó với mức đủ dày để ngăn chặn sự tấn công mạnh hơn của oxy, nhưng đủ mỏng cho dòng điện tự do đi qua. Đó là hợp kim crom và sắt vừa dồi dào và giá rẻ.

Qui trình mới sản xuất thép ngoài việc không gây phát thải, còn cho ra kim loại có độ tinh khiết đặt biệt. Hơn nữa, qui trình này có thể được điều chỉnh để sản xuất các kim loại và hợp kim bao gồm niken, titan và ferromangan với những ưu điểm tương tự.

Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature.