Die Forscher untersuchten, wie die Poren eines Feststoffs seine chemische Reaktion mit anderen Substanzen verändern. Dadurch könnte die Stahlproduktion umweltfreundlicher werden.
Der Einsatz von Wasserstoff ist gegenüber dem Standardverfahren mit Kohlenstoff als Edukt potenziell umweltfreundlicher. Damit diese Umstellung im industriellen Maßstab umgesetzt werden kann, müssen jedoch einige Hürden genommen werden. Eines der Probleme ist, dass eine der Reaktionen, die zur Herstellung von Stahl aus Wasserstoff erforderlich sind, unheimlich langsam ist. Xuyang Zhou vom Max-Planck-Institut für Eisenstudien in Deutschland und seine Kollegen haben endlich die Grundursache für diese Langsamkeit identifiziert und eine Lösung vorgeschlagen.
Eisenoxid verbindet sich mit einer anderen Substanz in einer Redox-Reaktion (Elektronenhandel), um ein Oxid-Nebenprodukt wie Kohlendioxid oder Wasser zu bilden, je nachdem, ob der Stahl und der Reaktant Kohlenstoff oder Wasserstoff sind. Zhou und Kollegen war sich bewusst, dass die Entfernung von Sauerstoffatomen während dieses Prozesses Poren im Eisenoxid mit einer Größe von Nanometern bis Mikrometern hinterlässt. Sie fanden heraus, dass, wenn der Reaktant Wasserstoff ist, das in diesen Poren eingeschlossene Wasser das Eisen tatsächlich reoxidieren (Elektronen entfernen), die Gesamtreaktion verlangsamen und den Reduktionsprozess (Elektronenaddition) umkehren kann, der zur Herstellung von Stahl erforderlich ist.
Die Gruppe schlägt eine Gegenmaßnahme gegen diesen Verlangsamungseffekt vor. Wenn die Poren ausreichend verbunden sind, um Kanäle zu bilden, hat das Wasser die Möglichkeit, aus dem Material zu sickern, bevor es erneut oxidiert wird. Laut Zhou sollte die Gruppe in der Lage sein, die erforderliche Porenmorphologie herzustellen, indem sie Temperatur, Druck und andere Variablen der Reaktion regulieren.
Laut Zhou trägt die Stahlproduktion derzeit zu 7-9 % der weltweiten Kohlendioxidemissionen bei, daher ist die Entwicklung einer alternativen Strategie entscheidend für die Reduzierung der Treibhausgasemissionen und die Bekämpfung des Klimawandels.
Quelle: physical.aps.org/articles/v16/s57
Günceleme: 20/04/2023 13:49