Để xây dựng một nền công nghiệp trung hòa carbon, việc giảm nhanh lượng khí thải là điều bắt buộc. Một trong những giải pháp quan trọng là chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch sang sử dụng điện, đặc biệt trong lĩnh vực giao thông và sản xuất công nghiệp. Tuy nhiên, sự chuyển đổi này lại phụ thuộc rất lớn vào một vật liệu: nickel.
Nickel là nguyên liệu quan trọng không chỉ trong sản xuất thép không gỉ mà còn là thành phần thiết yếu trong pin dành cho xe điện (EV) và hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo. Dự báo đến năm 2040, nhu cầu sử dụng nickel sẽ tăng gấp đôi do tốc độ điện khí hóa ngày càng mạnh. Nhưng đây cũng là một thách thức, bởi quy trình sản xuất nickel hiện nay lại gây ô nhiễm nặng. Để tạo ra mỗi tấn nickel, người ta thải ra tới khoảng 20 tấn CO₂. Nói cách khác, nếu không thay đổi cách sản xuất, chúng ta chỉ đang chuyển đổi loại hình gây ô nhiễm chứ không thật sự giải quyết vấn đề môi trường.
Chiết xuất nickel bằng hydro plasma: Cắt giảm 84% khí thải CO₂
Các nhà nghiên cứu tại Viện Max Planck về Vật liệu Bền vững (MPI-SusMat) vừa phát triển một phương pháp mới để sản xuất nickel không phát thải carbon, sử dụng hydro plasma. Công nghệ này không chỉ cắt giảm đến 84% lượng khí CO₂, mà còn tiết kiệm năng lượng hơn 18% so với phương pháp truyền thống, đặc biệt khi kết hợp với điện tái tạo và hydro xanh.
Khác với quy trình hiện tại gồm nhiều bước tốn năng lượng như nung, luyện, khử và tinh chế, phương pháp mới chỉ cần một bước duy nhất để chiết xuất nickel từ quặng. Điều đặc biệt hơn nữa là công nghệ này có thể xử lý cả những loại quặng nickel chất lượng thấp - vốn chiếm tới 60% trữ lượng nickel toàn cầu nhưng thường bị bỏ qua vì cấu trúc hóa học quá phức tạp.
Bằng cách kiểm soát chính xác nhiệt độ trong lò hồ quang điện và sử dụng hydro plasma, các nhà nghiên cứu đã phân tách cấu trúc khoáng phức tạp thành hợp kim ferronickel ngay trong một lần xử lý - mà không cần thêm chất xúc tác nào.
Dễ mở rộng quy mô, sẵn sàng cho sản xuất công nghiệp
Ngoài lợi ích về môi trường, công nghệ này còn mở ra khả năng sản xuất nickel với chi phí thấp hơn nhờ tận dụng được quặng chất lượng thấp và giảm phụ thuộc vào nguồn quặng cao cấp đang ngày càng khan hiếm.
Nhóm nghiên cứu đang làm việc để đưa quy trình này vào thực tế. Họ cho biết việc khuấy trộn quặng trong lò và đảm bảo vùng phản ứng luôn tiếp xúc với dòng nguyên liệu là hoàn toàn khả thi với các kỹ thuật phổ biến hiện nay trong công nghiệp, như: hồ quang ngắn cường độ cao, khuấy từ hoặc bơm khí.
Sản phẩm cuối cùng là hợp kim ferronickel có thể được sử dụng ngay trong sản xuất thép không gỉ. Nếu tinh chế thêm, nó có thể trở thành vật liệu điện cực pin - phù hợp cho cả xe điện lẫn hệ lưu trữ năng lượng tái tạo.
Ngay cả chất thải còn lại sau quá trình cũng có thể được tận dụng để sản xuất gạch hoặc xi măng, giúp tăng thêm giá trị bền vững. Ngoài ra, công nghệ này còn có thể điều chỉnh để khai thác cobalt - kim loại quan trọng khác trong ngành pin xe điện.
Tác động đến ngành xe điện
Việc phát triển một quy trình chiết xuất nickel sạch và hiệu quả từ quặng chất lượng thấp là một bước tiến lớn đối với ngành xe điện. Nó giúp giảm giá thành sản xuất pin, đồng thời hạn chế tối đa tác động môi trường từ khâu khai thác và tinh luyện.
Theo ước tính sơ bộ, nếu được triển khai trên quy mô lớn, công nghệ này có thể giúp giảm khoảng 5–7% chi phí sản xuất pin xe điện, nhờ vào việc cắt giảm giá nguyên liệu nickel và tối ưu hóa năng lượng. Trong bối cảnh thế giới đang tăng tốc hướng tới xe điện và năng lượng xanh, đây sẽ là một mảnh ghép quan trọng giúp hạ giá thành xe điện và thúc đẩy quá trình chuyển đổi bền vững.
Lấy link