Multiskalen und Operando Untersuchungen zur Rolle von Mikro- und Nanostrukturen bei der direkten Reduktion von Eisenoxiden auf Wasserstoffbasis (HYDRI)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das HYDRI-Projekt befasst sich mit dem dringenden Bedarf zur Dekarbonisierung der Stahlindustrie, einem der Hauptverursacher der weltweiten CO2-Emissionen. Das Hauptaugenmerk liegt auf fossilfreien Eisenerzeugungsprozessen, insbesondere der wasserstoffbasierten direkten Reduktion (auf Englisch: hydrogen-based direct reduction, HyDR). Das Projekt zielt darauf ab, den Zusammenhang zwischen Materialmikro- und Nanostrukturen und der HyDR- Kinetik zu verstehen, wobei die Rolle von Materialdefekten im Vordergrund steht. Die drei Hauptziele umfassen die Korrelation der Phasenevolution mit der gesamten HyDR-Kinetik, die Untersuchung der Defektbildung und die Erforschung der Mikro-/Nanoporosität in der HyDR- Kinetik. Die Ergebnisse des Projekts liefern wertvolle Einblicke in die geschwindigkeitsbegrenzenden Schritte während der HyDR und schlagen neue Ansätze für eine verbesserte Prozesseffizienz vor, z. B. einen hybriden Eisenherstellungsprozess durch Kombination von HyDR und Wasserstoffplasma-Schmelzreduktion. Darüber hinaus zeigt ein neuartiges Direktreduktionsverfahren auf Ammoniakbasis (ADR) nachhaltige Alternativen auf, die zwei kohlenstoffintensive Industrien (d. h. die Stahl- und die Ammoniakproduktion) miteinander verbinden und einen Weg eröffnen, sie umweltfreundlicher und nachhaltiger zu machen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Chemo-mechanical phase-field modeling of iron oxide reduction with hydrogen. Acta Materialia, 231, 117899.
Bai, Yang; Mianroodi, Jaber Rezaei; Ma, Yan; da, Silva Alisson Kwiatkowski; Svendsen, Bob & Raabe, Dierk
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Density Functional Studies on the Atomistic Structure and Properties of Iron Oxides: A Parametric Study. Materials, 15(23), 8316.
Zhang, Shujie; Li, Kejiang; Ma, Yan; Guo, Feng; Jiang, Chunhe; Liang, Zeng; Bu, Yushan & Zhang, Jianliang
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Green steel at its crossroads: Hybrid hydrogen-based reduction of iron ores. Journal of Cleaner Production, 340, 130805.
Souza, Filho Isnaldi R.; Springer, Hauke; Ma, Yan; Mahajan, Ankita; da Silva Cauê, C.; Kulse, Michael & Raabe, Dierk
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Hierarchical nature of hydrogen-based direct reduction of iron oxides. Scripta Materialia, 213, 114571.
Ma, Yan; Souza, Filho Isnaldi R.; Bai, Yang; Schenk, Johannes; Patisson, Fabrice; Beck, Arik; van Bokhoven Jeroen, A.; Willinger, Marc G.; Li, Kejiang; Xie, Degang; Ponge, Dirk; Zaefferer, Stefan; Gault, Baptiste; Mianroodi, Jaber R. & Raabe, Dierk
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Hydrogen-based direct reduction of iron oxide at 700°C: Heterogeneity at pellet and microstructure scales. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, 29(10), 1901-1907.
Ma, Yan; Souza, Filho Isnaldi R.; Zhang, Xue; Nandy, Supriya; Barriobero-Vila, Pere; Requena, Guillermo; Vogel, Dirk; Rohwerder, Michael; Ponge, Dirk; Springer, Hauke & Raabe, Dierk
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Phase transformations and microstructure evolution during combustion of iron powder. Acta Materialia, 239, 118261.
Choisez, Laurine; van Rooij Niek, E.; Hessels, Conrad J.M.; da Silva Alisson, K.; Filho, Isnaldi R. Souza; Ma, Yan; de Goey, Philip; Springer, Hauke & Raabe, Dierk
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Effect of Pore Formation on Redox-Driven Phase Transformation. Physical Review Letters, 130(16).
Zhou, Xuyang; Bai, Yang; El-Zoka, Ayman A.; Kim, Se-Ho; Ma, Yan; Liebscher, Christian H.; Gault, Baptiste; Mianroodi, Jaber R.; Dehm, Gerhard & Raabe, Dierk
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Fundamentals of Green Steel Production: On the Role of Gas Pressure During Hydrogen Reduction of Iron Ores. JOM, 75(7), 2274-2286.
Souza, Filho I. R.; Ma, Y.; Raabe, D. & Springer, H.
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How much hydrogen is in green steel?. npj Materials Degradation, 7(1).
Özgün, Özge; Lu, Xu; Ma, Yan & Raabe, Dierk
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Phase Transition of Magnetite Ore Fines During Oxidation Probed by In Situ High-Temperature X-Ray Diffraction. Metallurgical and Materials Transactions B, 54(3), 1195-1204.
Zheng, Heng; Daghagheleh, Oday; Ma, Yan; Taferner, Bernd; Schenk, Johannes & Kapelyushin, Yury
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Reducing Iron Oxide with Ammonia: A Sustainable Path to Green Steel. Advanced Science, 10(16).
Ma, Yan; Bae, Jae Wung; Kim, Se‐Ho; Jovičević‐Klug, Matic; Li, Kejiang; Vogel, Dirk; Ponge, Dirk; Rohwerder, Michael; Gault, Baptiste & Raabe, Dierk
