Ученые из Германии разработали новую схему для получения сплавов, в которой процесс восстановления смеси оксидов железа и никеля водородом при температуре 700 градусов Цельсия протекает с участием твердофазного каталитического взаимодействия. Это взаимодействие способно ускорить процесс не менее чем вдвое.
Ключевую роль в этом механизме играют наночастицы никеля, которые формируются непосредственно в процессе (in situ) из оксида никеля (NiO). Эти частицы способны расщеплять молекулы водорода, после чего атомарный водород перемещается на поверхность оксида железа. Результаты данного исследования были опубликованы в научном журнале Nature Synthesis.
Производство металлов является одним из наиболее загрязняющих видов деятельности, отвечая примерно за 10% глобальных выбросов парниковых газов. Традиционный метод пирометаллургии, включающий плавление руд в доменных печах с использованием кокса, сам по себе в сталеплавильной индустрии генерирует около 8% выбросов CO2 и потребляет 10% мирового объема энергии.
Одним из многообещающих направлений является прямое твердофазное восстановление оксидов водородом. Этот метод имеет преимущество в том, что не требует использования растворителей, производство которых также неэкологично, и его можно масштабировать до реакторов, способных обрабатывать миллионы тонн ежегодно.
До недавнего времени существующие подходы сталкивались с существенной проблемой — крайне медленным этапом восстановления вюстита, который представляет собой нестехиометрический оксид железа Fe1-xO. Превращение этого соединения в металлическое железо затруднено из-за неполного удаления водяного пара и высокого энергетического барьера, необходимого для формирования объемно-центрированной кубической решетки железа, известной как α-Fe, которая является основой для многих сталей.
Дирк Раабе из Института устойчивых материалов Общества Макса Планка совместно с командой коллег нашел решение, используя оксид никеля. Изначально исследователи изучали чистые металлы, определяя подходящие кандидаты с помощью вулканической диаграммы энергий адсорбции водорода. Эти диаграммы основаны на принципе Сабатье, который утверждает, что оптимальная активность достигается при умеренной прочности связи — достаточно сильной для легкой адсорбции реагента, но недостаточно сильной для необратимого связывания с катализатором. В результате группа выбрала четыре металла: Ni, Co, W и Cu.
Никель оказался идеальным выбором, поскольку он сочетает высокую каталитическую способность для расщепления водорода с хорошей термодинамической и металлургической совместимостью с железом, при этом он широко применяется в коммерческих сталях. Другие отобранные металлы либо имели недостатки, либо оказались менее эффективными, чем никель. Тем не менее, ученых беспокоило, что применение чистых металлических катализаторов увеличивает как финансовую, так и экологическую нагрузку.
Попытки найти замену металлическим катализаторам привели к открытию нового механизма путем добавления оксида никеля к исходной смеси для производства стали. Порошки Fe2O3 и NiO смешивались в пропорциях, соответствующих составу сплава инвар, и подвергались восстановлению водородом при 700 градусах Цельсия. NiO восстанавливается гораздо быстрее оксидов железа и сначала образует мелкодисперсные пористые наночастицы никеля с большой удельной поверхностью.
Эти частицы контактируют с соседними оксидами железа и расщепляют молекулы H2 до атомарного водорода, который затем переходит на поверхность оксида железа — этот процесс известен как спилловер водорода. Благодаря этому, время, необходимое для полного восстановления, сокращается вдвое по сравнению с использованием чистого Fe2O3, а температура начала восстановления понижается как минимум на 100 градусов Цельсия. При сравнении с добавлением готового металлического никеля, который дает ускорение лишь в 1,6 раза, видно, что NiO эффективнее, поскольку частицы, образованные in situ, обеспечивают максимальную площадь контакта с оксидом железа, в отличие от ранее существующих частиц Ni, которые сохраняют свою первоначальную форму и частично покрываются восстановленным железом.
Особым открытием стало то, что формирование сплава происходит одновременно с процессом восстановления, а не после него, как предполагалось в классических моделях постреакционной диффузии. Согласно расчетам на основе термодинамических баз данных, при 700 градусах Цельсия в равновесных условиях атомам железа и никеля должно хватить всего около 10 нанометров для диффузии в сплаве, что значительно меньше, чем требуется для гомогенизации согласно классическим моделям, где этот процесс занял бы более пяти суток.
Однако данные, полученные с помощью синхротронной рентгеновской дифракции in situ, продемонстрировали полное завершение легирования всего за 30 минут. Атомно-зондовая томография показала скопление никеля на границе раздела металл — оксид и подтвердила, что в ходе повторяющихся циклов окисления и восстановления ионы Ni2+ периодически перемещаются в решетку Fe1-xO и покидают ее, тем самым постоянно поддерживая каталитически активные границы раздела. Расчеты, выполненные методом теории функционала плотности, показали, что энтальпия распределения никеля между металлической гранецентрированной кубической фазой и FeO составляет −0,26 электронвольта, что подтверждает наличие термодинамического стимула для такого твердофазного перераспределения.
Авторы исследования подчеркивают, что им удалось не только предложить более экологичное решение одной из проблем металлургической отрасли, но и раскрыть ранее неизвестный механизм твердофазного катализа. Понимание этого механизма, вероятно, послужит основой для разработки новых, более экологичных методов получения разнообразных сплавов.
Солнечная энергетика продолжает укреплять свои позиции в глобальном энергетическом балансе. По данным Statistical Review of World Energy, в 2025 году доля солнечной генерации в общем объеме мировой электроэнергии достигла исторического максимума — 8,5%. За этот год доля солнечной генерации увеличилась на два процентных пункта, а общий объем выработки возрос на 30%.
Основным двигателем роста остается Азиатско-Тихоокеанский регион, который генерирует свыше 60% мировой солнечной энергии. Китай укрепил свое лидерство, увеличив мощности на 35,5%, и теперь занимает 50,3% мирового рынка. Индия также показала впечатляющее развитие: ее солнечные мощности выросли на 37,6%, что более чем в 37 раз превышает показатели 2015 года.
В Европе общая установленная мощность солнечных электростанций достигла 432,5 ГВт. Германия сохраняет статус крупнейшего рынка с мощностью 106,27 ГВт, что на 16,5% больше, чем годом ранее. За ней следуют Испания (47,2 ГВт, рост на 23,7%) и Италия (41,18 ГВт, рост на 16,2%). Франция, с мощностью 31,22 ГВт и увеличением на 22,7%, завершает список европейских стран, вошедших в мировую десятку.
В Северной и Южной Америке суммарная мощность солнечных электростанций превысила 300 ГВт. США увеличили свой показатель на 19,2% и заняли 8,8% мирового рынка. Бразилия стала рекордсменом по темпам роста среди стран первой десятки: ее мощности выросли с 0,05 ГВт в 2015 году до 64,69 ГВт к 2025 году.
Ранее в Китае было завершено строительство крупной интегрированной солнечно-водородной электростанции, которая расположена в провинции Цзянсу.
Министерство обороны России объявило о захвате Волоховского узла, а также о нанесении ударов по портам Одессы, судам и объектам хранения топлива.
Министерство также проинформировало о том, что удары продолжались по судам, используемым в интересах портов Украины и Вооруженных сил Украины.
Согласно данным Министерства, в порту Одесса были поражены два сухогруза, перевозившие военные грузы, а также резервуары для топлива. В порту Черноморск были нанесены удары по инфраструктурным объектам, которые использовались для погрузки и хранения грузов.
Два балкера, направлявшиеся в порт Черноморск из Затоки на расстоянии 31, 38 и 50 километров к югу, а также еще один сухогруз подверглись атаке. Кроме того, дроном был нанесен удар по резервуарам для нефтепродуктов, расположенным в городе Бахмач Черниговской области. В результате этого удара резервуары получили повреждения и начался пожар.
Также было сообщено о том, что площадка в районе Корюковка, где находились транспортные средства, перевозившие грузы для военных Украины, была поражена. Помимо этого, Россия нанесла удар дронами по технологическому оборудованию компрессорной станции «Сумская», входящей в газотранспортную систему Украины.
Управление дорог и транспорта Дубая (RTA) начало реализацию проекта по модернизации освещения на тридцати пешеходных мостах по всему эмирату. Целью данной инициативы является повышение уровня комфорта и безопасности для жителей, пересекающих крупные автомагистрали.
Этот проект входит в состав программы RTA «Счастье людей», которая направлена на создание более безопасных и удобных условий передвижения для всех участников дорожного движения, а также на повышение общей удовлетворенности клиентов. Кроме того, он соответствует более широким планам RTA по укреплению позиций Дубая как лидера в области зеленой экономики, продвижению экологической устойчивости и более эффективному использованию имеющихся инфраструктурных активов.
Модернизация предусматривает оснащение всех тридцати мостов энергоэффективными светодиодными системами, функционирующими на основе технологии датчиков движения. Освещение будет автоматически активироваться при обнаружении пешеходного трафика на мосту. Такой подход призван снизить потребление энергии и эксплуатационные расходы, не ставя под угрозу безопасность в темное время суток.
Перед запуском новых систем RTA провела исследования и обследования на всех тридцати объектах для оценки состояния каждого моста и определения потребностей в освещении. Специалисты использовали измерители света для фиксации текущих уровней освещенности и расчета необходимых параметров для каждого места, гарантируя соответствие новых систем утвержденным стандартам освещения.
Первый этап работ, охватывающий 21 из 30 мостов, уже находится в процессе выполнения. RTA планирует завершить весь проект, включая оставшиеся мосты, к четвертому кварталу 2026 года. Управление заявило, что продолжит улучшать уличное освещение и сопутствующие объекты по всему Дубаю, внедряя технологии, соответствующие экологическим условиям эмирата, и работая над достижением целей устойчивого развития посредством энергоэффективных решений.
