La ricerca mira a migliorare il processo di produzione dell'acciaio “verde”.

Aug 06, 2023

L’acciaio è uno dei materiali industriali più importanti, con oltre 2 miliardi di tonnellate prodotte ogni anno in tutto il mondo. Grazie alla sua elevata resistenza alla trazione e al basso costo, l'acciaio viene utilizzato ovunque, dalla costruzione di edifici e elettrodomestici alle navi, treni, automobili e biciclette.

Il processo di produzione dell’acciaio, tuttavia, ha un prezzo elevato per l’ambiente, poiché rappresenta dal 7 all’11% di tutte le emissioni di gas serra prodotte dall’uomo. Se l’industria siderurgica fosse un paese a sé stante, si classificherebbe come il quinto produttore di anidride carbonica.

Tradizionalmente, le fonderie producono l’acciaio rimuovendo l’ossigeno dal minerale di ferro attraverso un approccio carbotermico che mescola l’ossido di ferro con il carbonio e il calore intenso. Di fronte alla crescente pressione da parte di governi e investitori per ridurre le emissioni, l’industria siderurgica sta sperimentando progetti di acciaio verde che utilizzano l’idrogeno invece della produzione ad alta intensità di carbonio.

Tuttavia, il modo esatto in cui funziona la riduzione diretta basata sull’idrogeno non è del tutto chiaro. Il professor Guangwen Zhou dell'Università di Binghamton, membro della facoltà del Thomas J. Watson College of Engineering e del Dipartimento di Ingegneria Meccanica di Scienze Applicate, ha recentemente ricevuto una sovvenzione di 470.700 dollari dalla National Science Foundation per ricercare il processo a livello atomico.

“Se si guarda alla riduzione degli ossidi di ferro con l’idrogeno, sembra abbastanza semplice”, ha detto Zhou. “Produci ferro e acqua. In realtà è piuttosto complicato perché la reazione coinvolge diverse altre fasi solide intermedie. Dobbiamo valutare quale percorso può essere ulteriormente migliorato per ottenere una migliore efficienza”.

In qualità di direttore associato dell'Istituto di ricerca sui materiali di Binghamton e vicedirettore del programma di scienza e ingegneria dei materiali, Zhou studia gli ossidi metallici da più di un decennio. Nel 2011, la sua ricerca gli è valsa un NSF CAREER Award, che sostiene i docenti all'inizio della carriera che hanno il potenziale per fungere da modelli accademici nella ricerca e nell'istruzione.

Più recentemente, ha collaborato con il Brookhaven National Laboratory e altri collaboratori per due importanti studi sulle reazioni degli ossidi in tempo reale, offrendo nuove informazioni su come funziona il processo e su come controllare le reazioni.

Per questa nuova borsa di studio NSF, Zhou è il ricercatore principale, ma lui e i suoi studenti utilizzeranno l'attrezzatura di Brookhaven, tra cui la microscopia elettronica a trasmissione ambientale (TEM) e la spettroscopia fotoelettronica a raggi X a pressione ambiente (AP-XPS) per studiare possibili percorsi per ridurre ferro dall'ossido di ferro a temperature superiori a 1.000 gradi Celsius (1.800 gradi Fahrenheit).

"Vogliamo fornire una comprensione fondamentale sulla cronologia di base del processo di reazione e delle sue complicate trasformazioni", ha affermato. “Una volta che lo sappiamo, possiamo giocare con fattori come la quantità di idrogeno, la pressione o la temperatura per ottimizzare il processo”.

Mentre il pianeta attraversa l’estate più calda mai registrata, la riduzione delle emissioni di carbonio sembra più urgente che mai.

"Penso che questo progetto arrivi al momento giusto", ha detto Zhou. “C’è molto interesse da parte della comunità di ricerca e della società, a causa della necessità di ridurre i gas serra”.