De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipa de investigação do Instituto Max Planck para Materiais Sustentáveis (MPI-SusMat) descobriu que a adição de óxidos metálicos específicos como precursores catalíticos na produção de metais à base de hidrogénio pode duplicar a cinética de redução em comparação com processos sem catalisador, reduzindo também o consumo de energia.
A produção de aço e metais é uma das principais fontes de emissões de gases com efeito de estufa, representando cerca de 10% das emissões globais de dióxido de carbono. A produção de metais à base de hidrogénio oferece uma alternativa livre de CO₂, integrando redução, ligação e design microestrutural num único passo de produção. No entanto, a cinética lenta de redução dos minérios metálicos a temperaturas abaixo de 800°C dificulta a adoção generalizada desta tecnologia. A equipa do MPI-SusMat já havia demonstrado que o processo de redução à base de hidrogénio pode consolidar o tradicional processo de produção em três etapas numa só. A investigação mais recente da equipa descobriu que a adição de óxido de níquel durante a redução à base de hidrogénio de minério de ferro para ligas de ferro-níquel intensifica este processo. O óxido de níquel é co-reduzido, formando níquel nanoporoso como fase transiente, que atua como um precursor catalítico altamente ativo para a redução do óxido de ferro. A tomografia por sonda atómica combinada com microscopia eletrónica de transmissão revela que, quando o óxido de níquel se reduz rapidamente a níquel metálico poroso, este combina-se com os óxidos de ferro adjacentes, formando interfaces. Na interface, o hidrogénio interage com o níquel, sendo decomposto em átomos de hidrogénio altamente reativos, que migram para a superfície do óxido de ferro vizinho — um processo denominado hidrogénio spillover — acelerando assim a reação de redução. A redução pode ser iniciada a temperaturas tão baixas quanto 300°C, muito abaixo do ponto de ignição do hidrogénio. A liga contendo níquel resultante é uma liga-mãe importante, amplamente utilizada em aços inoxidáveis 304 e 316, bem como em aços de alta resistência e aços criogénicos para os setores automóvel, energético e médico.
Os investigadores salientam que, embora outros óxidos de metais de transição ainda não tenham sido sistematicamente avaliados, elementos com propriedades semelhantes, como o cobalto, deverão exibir um comportamento catalítico análogo. Óxidos como o TiO₂, embora não sejam facilmente reduzidos, podem promover o hidrogénio spillover ao fornecer uma via de superfície ativa. Os resultados do estudo indicam que a formação de ligas e a redução podem ocorrer simultaneamente, em vez da sequência tradicional de redução seguida de interdifusão. Este acoplamento de processos, potenciado por catalisadores de óxidos metálicos, permite temperaturas de redução mais baixas, tempos de processamento mais curtos e menor consumo energético, abrindo uma rota sustentável de um passo para a produção de ligas-mãe de ferro-níquel. No MPI-SusMat, a produção sustentável de metais e ligas está a ser explorada combinando abordagens experimentais e teóricas. Uma compreensão aprofundada destes mecanismos de acoplamento é crucial para orientar o desenvolvimento da próxima geração de tecnologias de redução mais sustentáveis e economicamente viáveis. Os resultados da investigação foram publicados na revista Nature Synthesis, sendo o primeiro autor do artigo o Dr. Xinren Chen, investigador de pós-doutoramento no MPI-SusMat, e o autor correspondente o Professor Dierk Raabe, Diretor-Geral do MPI-SusMat.
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