گروه رسانه‌ای پردازش- پژوهشگران موسسه ماکس پلانک برای مواد پایدار در مطالعه‌ای که به تازگی منتشر شده، به بررسی نقش اکسید نیکل به عنوان کاتالیست در فرآیند احیای سنگ‌آهن با هیدروژن پرداخته‌اند.
این پژوهش در حوزه متالورژی هیدروژنی، یکی از مسیرهای مورد توجه برای کاهش وابستگی صنعت فولاد به سوخت‌های فسیلی را مورد کنکاش قرار داده است.

فرآیند تولید فولاد در روش‌های متداول مبتنی بر احیای اکسیدهای آهن با کربن است که با انتشار قابل توجه دی‌اکسید کربن همراهی دارد. رویکرد جایگزینی کربن با هیدروژن، اگرچه از منظر زیست‌محیطی حائز اهمیت است، اما با چالش سرعت پایین واکنش‌های احیا در دماهای عملیاتی مواجه بوده است.

تصویر فوق به سادگی نشان می‌دهد که چگونه هیدروژن (به رنگ سفید) اکسید آهن (آهن به رنگ خاکستری و اکسیژن به رنگ قرمز) را احیا می‌کند و نقش نیکل (به رنگ زرد) را به عنوان یک کاتالیست در این واکنش به تصویر می‌کشد.
Fe₂O₃ + ۳H₂ ——Ni——→ ۲Fe + 3H₂O
نیکل به عنوان کاتالیست، سرعت واکنش را با کاهش انرژی فعال‌سازی افزایش می‌دهد، بدون آنکه در معادله کلی واکنش تغییری ایجاد کند.

یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که افزودن اکسید نیکل به فرآیند، از طریق تشکیل ساختار متخلخل نیکل در فاز میانی واکنش، بستر مناسبی برای شکافتن مولکول‌های هیدروژن به اتم‌های فعال فراهم می‌کند. این مکانیسم که با عنوان «سرریز هیدروژن» شناخته می‌شود، به افزایش کارایی واکنش‌های سطحی و تسریع فرآیند احیا منجر می‌شود.

بر اساس نتایج این مطالعه، حضور کاتالیست نیکلی دمای آغاز واکنش را تا حدود ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد کاهش و سرعت کلی فرآیند احیا را در مقایسه با حالت بدون کاتالیست افزایش می‌دهد. آلیاژ نیکل-آهن حاصل از این فرآیند، به عنوان ماده اولیه در تولید فولادهای زنگ‌نزن و آلیاژهای ویژه کاربرد دارد.
پژوهشگران همچنین اشاره کرده‌اند که عناصری با ویژگی‌های مشابه مانند کبالت ممکن است رفتار کاتالیستی نزدیکی از خود نشان دهند. پیاده‌سازی صنعتی این روش نیازمند پژوهش‌های تکمیلی در زمینه بهینه‌سازی شرایط عملیاتی و بررسی اقتصادی زنجیره تامین هیدروژن است.