독일 연구자들은 영국 저널 네이처(Nature) 최신호에 고체 금속 산화물을 한 단계로 블록 모양의 합금으로 바꿀 수 있는 새로운 합금 제련 공정을 개발했다고 보고했습니다. 이 기술은 금속을 추출한 후 녹이고 혼합할 필요가 없어 온실가스 배출을 줄이고 에너지를 절약하는 데 도움이 됩니다.

독일 막스플랑크 지속가능재료연구소 연구진이 탄소 대신 수소를 환원제로 사용해 금속 녹는점보다 훨씬 낮은 온도에서 금속을 추출해 합금을 형성한 뒤 실험을 통해 저팽창 합금을 만드는 데 성공했다. 저팽창 합금은 철 64%, 니켈 36%로 구성되어 있으며 넓은 온도 범위에서 부피를 유지할 수 있어 산업계에서 널리 사용됩니다.

연구진은 저팽창 합금에 필요한 비율로 철과 니켈의 산화물을 혼합한 후 볼밀로 균일하게 분쇄하고 압착하여 작은 원형 케이크를 만들었습니다. 그런 다음 그들은 용광로에서 케이크를 섭씨 700도까지 가열하고 수소를 도입했습니다. 온도는 철이나 니켈을 녹일 만큼 높지 않고, 금속을 환원시킬 만큼 높았다. 테스트 결과 가공된 블록형 금속은 저팽창 합금의 전형적인 특성을 가지며 작은 입자 크기로 인해 더 나은 기계적 특성을 갖는 것으로 나타났습니다. 완성된 제품이 분말이나 나노입자가 아닌 블록 형태이기 때문에 주조와 가공이 용이했다.

전통적인 합금 제련에는 3단계가 포함됩니다. 먼저 광석의 금속 산화물이 탄소에 의해 금속으로 환원된 다음 금속이 탈탄소화되고 다양한 금속이 용해 및 혼합되며 마지막으로 열 기계적 처리가 수행되어 미세 구조가 조정됩니다. 합금에 특정한 특성을 부여하는 것입니다. 이러한 단계는 엄청난 양의 에너지를 소비하며, 탄소를 사용하여 금속을 환원하는 과정에서 많은 양의 이산화탄소가 발생합니다. 금속 산업의 탄소 배출량은 전 세계 탄소 배출량의 약 10%를 차지합니다.

연구원들은 금속을 줄이기 위해 수소를 사용하는 부산물은 탄소 배출이 없는 물이며, 간단한 공정으로 에너지를 절약할 수 있는 잠재력이 크다고 말했습니다. 그러나 실험에서는 고순도의 철과 니켈 산화물을 사용하여 효율성이 향상되었습니다.