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铝、镁和钛合金将令世界更轻更快更清洁

2021-03-29 17:00

 

  洛克希德公司研制的SR-71侦察机(效果图)由质轻而且坚固的铝、镁等金属制成。所有上述技术结合在一起,将使世界变得更轻盈、更快捷、更清洁。

  美国科学家表示,如果铝、钛和镁金属价格更便宜,它们将取代钢铁,帮助人类节省能耗和排放,世界将因此发生巨变

  特斯拉的运动型电动跑车、奥迪A8、洛克希德公司研制的SR-71侦察机等等,这些运动速度更快、更雅致的汽车和飞行器都由更高级的铝、镁和钛制成。这些神奇的金属质轻而且坚固,但也有硬伤:它们的制造成本很高,而且生产这些材料需要耗费大量的能源,所以,迄今只有那些有钱有权的人才享受得到它们的好处。

  不过,这个世界上永远不乏明知山有虎,偏向虎山行的人。据英国《新科学家》网站近日报道,美国政府已开始为那些旨在更廉价地获得上述金属的项目提供资助。能源部专门研发能源技术的高等能源研究计划局(ARPA-E)为此开展名为METALS的计划,其宗旨正是使铝和镁的成本与钢铁一样低,同时,钛可以像不锈钢那样便宜。

  在ARPA-E年度能源创新峰会上,18个团队提交了他们的研究,提出了制造这些金属并处理有用废料的新方法。ARPA-E的主要目标是通过使汽车和飞机变得更轻,以减少交通领域的能源消耗,完成这些目标所获得的直接好处可以使交通工具的速度更快且能效更高,从而让整个国家受益。

  汽车和大桥等承重结构一般使用钢铁,但其实在大多数情况下,铝、镁和钛的表现会更好,不过,它们的“身价”也更高。METALS计划的负责人詹姆斯克劳斯勒表示:“钛是最好的金属结构,其更轻,更坚固,且可以永远存在,因为它并不会被腐蚀。”他认为,如果钛的价格能从35美元/公斤下降到4美元/公斤,那么,它将能替代钢铁。

  总部位于麻省的Infinium公司是一家旨在革新铝生产过程的公司。该公司研制出了一种新型电化学电池,其不仅能将金属从矿石中分离出来,而且整个过程不会像传统方法那样产生二氧化碳。该公司首席技术官亚当鲍威尔表示,采用这种新方法,usdt,生产过程的效率提高了30%,而且生产出了钕和镝等稀土金属。

  海洋中存在大量镁,但海洋中镁的浓度很低,所以,从海洋中提取镁会耗费大量能源,有些得不偿失。现在,位于美国华盛顿特区的太平洋西北国家实验室的研究人员部分解决了这个问题,他们使用一种催化剂,能将镁提取过程的工作温度从900摄氏度降低到300摄氏度。

  降低这些材料的制造成本不仅能节省能源,而且会减少大量的二氧化碳排放。克劳斯勒表示:“让所有汽车和飞机变得更轻,不仅每年能为我们节省1210亿升燃料,还能将二氧化碳排放量降低5%。”

  不过,即使上述项目都取得成功,我们仍然需要处理另一个挑战:如何回收这些轻质金属。现在,我们可以使用磁铁将铁和钢从废物中提取出来,但镁和铝不能采用这种方法。福特公司的经典皮卡F-150每年的销量高达数十万辆,最新款的F-150包含的铝比以往任何车型都多。就目前而言,将这种车型的铝全部回收并非经济之举。

  不过,总部位于美国新泽西的ERCo公司正在对一种钢铁回收技术进行调整,希望能用于铝的回收。该公司首先让含铝的废料融化,随后使用激光来确定其中金属的成分,之后,利用一套自动系统有选择性地添加更多废料,将混合物变成他们想要的合金。

  含铝废料目前的主要处理方法是被弄碎,再由人工进行分类、筛选。这样的工作不仅费时而且并不安全。由美国犹他大学的研究人员创办的一家公司则使用一个可以调整变化的磁场来做同样的事情,整个过程不需要人的干预。他们表示,不同的金属对磁场的感应程度不同,因此,这个磁场能完美地从运输带上的铝中挑选出铜和黄铜,并将每种金属分别放在预先设计好的容器中。该公司今年将在美国最大的钢铁生产商北极熊公司位于犹他州的工厂对这项技术进行试验。

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