德國研究人員近日在最新一期英國《自然》雜誌上報告說，他們發明了一種新的合金冶煉工藝，能一步到位將固態的金屬氧化物製成塊狀合金。此技術不需要提煉金屬後熔融、混合，有助於減少溫室氣體排放，節省能源。

德國馬克斯普朗克永續材料研究所的研究人員以氫氣取代碳作為還原劑，在遠低於金屬熔點的溫度下提取金屬並形成合金，在實驗中成功製造出低膨脹合金。低膨脹合金由64%的鐵和36%的鎳組成，在相當大的溫度範圍內能保持體積基本不變，在工業上有廣泛用途。

研究人員將氧化鐵和氧化鎳以低膨脹合金所需的比例混合，並用球磨機混合均勻後壓製成小圓餅，放入爐中加熱至攝氏700度，通入氫氣。此溫度不足以讓鐵或鎳熔融，但足以讓金屬還原出來。檢測顯示，加工後得到的塊狀金屬具有低膨脹合金的典型特徵，並因晶粒尺寸小而有更好的機械性能。因為成品是塊狀而不是粉末或奈米顆粒，所以容易鑄造加工。

傳統的合金冶煉分為三大步驟，先將礦石中的金屬氧化物用碳還原成金屬，金屬脫碳後將不同金屬熔融並混合，然後展開熱機械加工以調整微結構，使合金具有特定性能。這些步驟耗能龐大，而且用碳還原金屬的過程會產生大量二氧化碳，冶金業的碳排放約佔全球總量的10%。

研究人員說，用氫還原金屬的副產物是水，碳排放為零，流程簡單也使新製程擁有巨大的節能潛力。不過實驗中使用的氧化鐵和氧化鎳純度較高，以天然礦石為原料的效率如何尚待驗證，而且氫氣本身製取和應用成本較高。研究團隊正嘗試提高反應溫度以減少氫氣用量，希望進一步降低能耗。