La investigación busca mejorar el proceso de acero 'verde'

Aug 06, 2023

El acero es uno de los materiales industriales más importantes, con más de 2 mil millones de toneladas producidas anualmente en todo el mundo. Debido a su alta resistencia a la tracción y su bajo costo, el acero se utiliza en todo, desde la construcción de edificios y electrodomésticos hasta barcos, trenes, automóviles y bicicletas.

Sin embargo, el proceso de fabricación de acero tiene un alto precio para el medio ambiente: representa entre el 7% y el 11% de todas las emisiones de gases de efecto invernadero provocadas por el hombre. Si la industria del acero fuera un país independiente, se ubicaría como el quinto mayor productor de dióxido de carbono.

Tradicionalmente, las fundiciones fabrican acero eliminando el oxígeno del mineral de hierro mediante un método carbotérmico que mezcla óxido de hierro con carbono y calor intenso. Ante la creciente presión de gobiernos e inversores para reducir las emisiones, la industria del acero está experimentando con proyectos de acero ecológicos que utilizan hidrógeno en lugar de fabricación intensiva en carbono.

Sin embargo, no se comprende completamente cómo funciona exactamente la reducción directa basada en hidrógeno. El profesor de la Universidad de Binghamton, Guangwen Zhou, miembro de la facultad del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Thomas J. Watson, recibió recientemente una subvención de 470.700 dólares de la Fundación Nacional de Ciencias para investigar el proceso a nivel atómico.

"Si nos fijamos en la reducción de óxidos de hierro con hidrógeno, parece bastante simple", dijo Zhou. “Se produce hierro y agua. En realidad, es bastante complicado porque la reacción involucra varias otras fases sólidas intermedias. Necesitamos analizar qué camino se puede mejorar aún más para lograr una mayor eficiencia”.

Como director asociado del Instituto de Investigación de Materiales de Binghamton y subdirector del programa de ingeniería y ciencia de materiales, Zhou ha estado estudiando óxidos metálicos durante más de una década. En 2011, su investigación le valió el premio NSF CAREER Award, que apoya a los profesores que inician su carrera y que tienen el potencial de servir como modelos académicos a seguir en investigación y educación.

Más recientemente, se asoció con el Laboratorio Nacional Brookhaven y otros colaboradores para dos estudios importantes de reacciones de óxido en tiempo real, ofreciendo nuevos conocimientos sobre cómo funciona el proceso y cómo controlar las reacciones.

Para esta nueva subvención de la NSF, Zhou es el investigador principal, pero él y sus estudiantes utilizarán el equipo de Brookhaven, incluida la microscopía electrónica de transmisión ambiental (TEM) y la espectroscopía fotoelectrónica de rayos X a presión ambiental (AP-XPS) para estudiar posibles vías para reducir hierro a partir de óxido de hierro a temperaturas superiores a 1.000 grados Celsius (1.800 grados Fahrenheit).

"Queremos proporcionar una comprensión fundamental sobre la cronología básica del proceso de reacción y sus complicadas transformaciones", dijo. "Una vez que sabemos eso, podemos jugar con factores como la cantidad de hidrógeno, la presión o la temperatura para optimizar el proceso".

Mientras el planeta suda durante el verano más caluroso jamás registrado, reducir las emisiones de carbono parece más urgente que nunca.

"Creo que este proyecto llega en el momento adecuado", afirmó Zhou. "Hay mucho interés por parte de la comunidad investigadora y de la sociedad, debido a la necesidad de reducir los gases de efecto invernadero".