Pesquisa busca melhorar processo de aço 'verde'

Aug 06, 2023

O aço é um dos materiais industriais mais importantes, com mais de 2 bilhões de toneladas produzidas anualmente em todo o mundo. Devido à sua alta resistência à tração e baixo custo, o aço é usado em tudo, desde construção civil e eletrodomésticos até navios, trens, carros e bicicletas.

O processo de produção de aço, no entanto, tem um preço elevado para o ambiente, sendo responsável por 7 a 11% de todas as emissões de gases com efeito de estufa produzidas pelo homem. Se a indústria siderúrgica fosse um país independente, seria classificada como o quinto maior produtor de dióxido de carbono.

Tradicionalmente, as fundições produzem aço removendo o oxigênio do minério de ferro por meio de uma abordagem carbotérmica que mistura óxido de ferro com carbono e calor intenso. Enfrentando uma pressão crescente dos governos e dos investidores para reduzir as emissões, a indústria siderúrgica está a experimentar projetos de aço verde que utilizam hidrogénio em vez de uma produção com utilização intensiva de carbono.

Exatamente como funciona a redução direta à base de hidrogénio, no entanto, não é totalmente compreendido. O professor Guangwen Zhou da Universidade de Binghamton, membro do corpo docente do Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia e Ciências Aplicadas Thomas J. Watson, recebeu recentemente uma doação de US$ 470.700 da National Science Foundation para pesquisar o processo em nível atômico.

“Se você observar a redução dos óxidos de ferro com hidrogênio, parece bastante simples”, disse Zhou. “Você produz ferro e água. Na realidade, é bastante complicado porque a reação envolve várias outras fases sólidas intermediárias. Precisamos analisar qual caminho pode ser melhorado para obter melhor eficiência.”

Como diretor associado do Instituto de Pesquisa de Materiais de Binghamton e vice-diretor do programa de ciência e engenharia de materiais, Zhou estuda óxidos metálicos há mais de uma década. Em 2011, sua pesquisa lhe rendeu o prêmio NSF CAREER, que apoia professores em início de carreira que têm potencial para servir como modelos acadêmicos em pesquisa e educação.

Mais recentemente, ele se uniu ao Laboratório Nacional de Brookhaven e outros colaboradores para dois grandes estudos de reações de óxido em tempo real, oferecendo novos insights sobre como o processo funciona e como controlar as reações.

Para esta nova bolsa da NSF, Zhou é o investigador principal, mas ele e seus alunos usarão o equipamento de Brookhaven, incluindo microscopia eletrônica de transmissão ambiental (TEM) e espectroscopia de fotoelétrons de raios X à pressão ambiente (AP-XPS) para estudar possíveis caminhos para reduzir ferro a partir de óxido de ferro em temperaturas superiores a 1.000 graus Celsius (1.800 graus Fahrenheit).

“Queremos fornecer uma compreensão fundamental sobre a cronologia básica do processo de reação e suas complicadas transformações”, disse ele. “Uma vez que sabemos disso, podemos brincar com fatores como a quantidade de hidrogênio, a pressão ou a temperatura para otimizar o processo.”

À medida que o planeta transpira durante o Verão mais quente de que há registo, a redução das emissões de carbono parece mais urgente do que nunca.

“Acho que este projeto chega na hora certa”, disse Zhou. “Há muito interesse da comunidade científica e da sociedade, devido à necessidade de reduzir os gases com efeito de estufa.”