Ubaid Manzoor, investigador de doctorado en MPI-USMAT y primer autor de la publicación de la naturaleza, utilizando un horno de arco eléctrico para reducir los minerales de níquel de bajo grado con plasma de hidrógeno. Crédito: Yasmin Ahmed Salem
Para combatir el cambio climático y lograr una industria climática neutral, las emisiones de carbono deben reducirse drásticamente. Una parte clave de esta transición es reemplazar a los portadores de energía a base de carbono con electricidad, particularmente en el transporte y las aplicaciones industriales. Sin embargo, este cambio depende en gran medida del níquel, un material crítico utilizado en baterías y acero inoxidable.
Para 2040, se espera que la demanda de níquel se duplique debido al aumento de la electrificación de las infraestructuras y los sistemas de transporte. Sin embargo, producir una tonelada de níquel actualmente emite alrededor de 20 toneladas de CO2, lo que plantea preocupaciones sobre cambiar la carga ambiental del transporte a la metalurgia.
Los investigadores del Instituto Max Planck para Materiales Sostenibles (MPI-SUSMAT) ahora han desarrollado un método de ahorro de energía libre de carbono para la extracción de níquel. Su enfoque también permite el uso de minerales de níquel de bajo grado, que se han pasado por alto debido a la complejidad de los procesos de extracción convencionales. El equipo Max Planck ha publicado sus resultados en la revista Nature.
Un solo paso para el níquel verde
“Si seguimos produciendo níquel de la manera convencional y lo usamos para la electrificación, solo estamos cambiando el problema en lugar de resolverlo”, explica Ubaid Manzoor, Ph.D. Investigador en MPI-Susmat y primer autor de la publicación.
Manzoor y sus colegas han desarrollado un nuevo método para extraer níquel de los minerales en un solo paso, utilizando plasma de hidrógeno en lugar de procesos a base de carbono. Este enfoque no solo reduce las emisiones de CO2 en un 84%, sino que también es hasta un 18% más de eficiencia energética cuando está alimentado por electricidad renovable e hidrógeno verde.
Tradicionalmente, la industria se basa en minerales de alto grado, ya que extraer níquel de minerales de bajo grado es mucho más complejo debido a su composición químicamente compleja. A diferencia del hierro, que se puede reducir en un solo paso al eliminar el oxígeno, el níquel en minerales de bajo grado está unido químicamente dentro de los silicatos de magnesio complejos o los óxidos de hierro.
La extracción convencional implica múltiples etapas como calcinación, fundición, reducción y refinación, que tienen mucha energía y tienen una gran huella de carbono. Un gran avance de este método es su capacidad para procesar minerales de níquel de bajo grado (que representan el 60% de las reservas totales de níquel) en un solo horno de reactor, donde la fundición, la reducción y la refinación ocurren simultáneamente, produciendo una aleación refinada de Ferronickel directamente.
“Al usar el plasma de hidrógeno y controlar los procesos termodinámicos dentro del horno de arco eléctrico, podemos descomponer la compleja estructura de los minerales en minerales de níquel de bajo grado en especies iónicas más simples, incluso sin usar catalizadores”, explica el profesor Isnaldi Souza Filho, cabeza del grupo “Synthesis sostenible de los materiales” en MPI-SUSMAT y Correspondiente el Autor de los materiales de MPI y el Corresponsal de la publicación.
Transformaciones de fase de inauguración. Crédito: Naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41586-025-08901-7
Hacia la aplicación industrial
Este método no solo reduce las emisiones y el consumo de energía, sino que también amplía el espectro de minerales de níquel utilizables, lo que hace que la extracción sea más rentable y sostenible. El siguiente paso para el equipo Max Planck es ampliar el proceso para aplicaciones industriales.
“La reducción de los minerales de níquel en especies iónicas más simples ocurre solo en la interfaz de reacción, no en toda la masa fundida. En un sistema exclusivo, es crucial garantizar que la masa fundida no reducida llegue continuamente a la interfaz de reacción”, explica Manzoor.
“Esto se puede lograr implementando arcos cortos con altas corrientes, integrando un dispositivo de agitación electromagnético externo debajo del horno o empleando inyección de gas”. Estas son técnicas industriales bien establecidas, lo que hace factible la integración en los procesos existentes.
La ruta de producción de níquel verde abre la puerta a una electrificación más sostenible del sector de transporte. La aleación de níquel reducido se puede usar directamente en la producción de acero inoxidable y, con refinamiento adicional, como material para electrodos de batería.
Además, la escoria producida durante el proceso de reducción puede servir como un recurso valioso para la industria de la construcción, incluida la producción de ladrillo y cemento. También se puede aplicar el mismo proceso para el cobalto, que se utiliza en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía.
Más información: U. Manzoor et al, níquel sostenible habilitado por reducción basada en hidrógeno, naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41586-025-08901-7. www.nature.com/articles/s41586-025-08901-7
Proporcionado por Max Planck Society
Cita: Níquel verde para electrificación sostenible: Proceso sin carbono Extrae al níquel para baterías y acero (2025, 30 de abril) Recuperado el 30 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-Green-nickel-sustable-ectrification-carbon.html
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