„Wenn wir Nickel weiterhin konventionell produzieren und für die Elektrifizierung nutzen, verlagern wir die Umweltbelastung lediglich vom Verkehrs- in den Metallurgiesektor“, sagt Ubaid Manzoor, Doktorand am Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien.

Gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen hat Manzoor eine Technologie entwickelt, mit der sich Nickel durch Reduktion mit Wasserstoffplasma in einem einzigen Prozessschritt gewinnen lässt – ganz ohne Kohlenstoff. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Ein Prozessschritt, 84 Prozent weniger Emissionen

Der Clou: Durch die Nutzung von Wasserstoffplasma lassen sich CO₂-Emissionen gegenüber herkömmlichen Verfahren um 84 Prozent reduzieren – rechnet man die Emissionen für Erzabbau und Transport mit ein. Auch der Energieverbrauch sinke um bis zu 18 Prozent, da mehrmaliges Erhitzen und Abkühlen entfällt.

Die technische Herausforderung: Nickel liegt meist in komplexen Silikaten oder Eisenoxiden vor. Die Industrie setzt daher bislang vor allem auf hochwertige Erze, die sich mit weniger Aufwand verarbeiten lassen. Die neuen Forschungen ermöglichen nun erstmals eine direkte Verarbeitung minderwertiger Erze, die rund 60 Prozent der weltweiten Vorkommen ausmachen.

„Mit Hilfe von Wasserstoffplasma und indem wir die Thermodynamik innerhalb des Lichtbogenofens kontrollieren, gelingt es uns, die komplexe Kristallstruktur der Minerale in einfachere Ionenformen zu überführen – und das sogar ohne Katalysatoren“, erklärt Isnaldi Souza Filho, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut.

Industrielle Skalierung im Blick

Für die Überführung des Prozesses in die industrielle Praxis setzen die Forschenden auf bewährte Technologien:

„Die Reduktion der Erze erfolgt ausschließlich an der Reaktionsoberfläche – nicht im gesamten Schmelzbad. Für eine Umsetzung im industriellen Maßstab ist es daher entscheidend, dass die nicht-reduzierte Schmelze kontinuierlich zur Reaktionsoberfläche gelangt“, erklärt Manzoor. „Dies lässt sich durch Lichtbögen mit hohen Strömen, elektromagnetischen Rührsystemen und Gasimpulsen realisieren.“

Das gewonnene Ferronickel kann direkt in der Edelstahlproduktion eingesetzt oder – nach weiterer Aufbereitung – für Batterien und Hochleistungsmagnete verwendet werden. Auch die beim Prozess entstehende Schlacke ist verwertbar, etwa für Zement oder Ziegel.

Das Verfahren lässt sich zudem auf andere wichtige Metalle wie Kobalt übertragen, das ebenfalls eine Schlüsselrolle bei Elektromobilität und Energiespeicherung spielt.

Die Forschung wurde durch einen ERC Advanced Grant des Europäischen Forschungsrats gefördert.

Originalpublikation:
Manzoor, U., Mujica Roncery, L., Raabe, D., & Souza Filho, I. R. (2025). Sustainable nickel enabled by hydrogen-based reduction. Nature. DOI/10.1038/s41586-025-08901-7

Quelle: Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien