เทคโนโลยีผงเหล็ก

ผงเหล็ก เทคโนโลยีเกี่ยวข้องกับการผลิตและใช้งานผงเหล็กในหลากหลายการประยุกต์ รวมถึงการผลิตแบบเติมเนื้อสาร (การพิมพ์ 3 มิติ), การเก็บพลังงานในรูปแบบของเชื้อเพลิงที่ยั่งยืนและปราศจากคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และการโลหะวิทยาด้วยผงแบบดั้งเดิมสำหรับการผลิตชิ้นส่วนโลหะ วิธีการผลิตรวมถึงกระบวนการเหล็กฟอง (sponge iron process), อิเล็กโทรไลซิส (electrolysis) และกระบวนการพ่น (atomization) เทคโนโลยีนี้มีความก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว โดยนำเสนอวิธีการใหม่ๆ ในการลดการปล่อยคาร์บอนในอุตสาหกรรม สร้างองค์ประกอบที่ซับซ้อน และสร้างระบบพลังงานแบบหมุนเวียน
เทคโนโลยีการผลิต

กระบวนการเหล็กฟอง (Sponge Iron Process):
กระบวนการที่ใช้การลดเหล็กออกไซด์แร่ในสภาพของแข็งด้วยโค้กและหินปูน เพื่อสร้างเหล็กฟองที่มีลักษณะเป็นรูพรุน จากนั้นจึงบดและอบชืด (annealing)
ผงเหล็กอิเล็กโทรไลติก (Electrolytic Iron Powder):
ผลิตผ่านกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส ทำให้ได้อนุภาคที่มีความบริสุทธิ์สูง เนื้อละเอียด มีลักษณะเป็น денดริติก (dendritic) หรือลักษณะเป็นเกล็ด ซึ่งมีสมบัติการอัดตัวได้ดีและมีปฏิกิริยาทางเคมีสูง
กระบวนการอะตอมมิเซชัน (Atomization):
ใช้แรงดันน้ำหรือก๊าซสูงพ่นเหล็กหลอมเหลวให้กระจายเป็นฝอย ก่อนที่จะเย็นตัวกลายเป็นผงโลหะ กระบวนการอื่นๆ ได้แก่ การทำให้เป็นเม็ดโดยการพ่น (spray granulation) และการบดให้ละเอียดมาก (ultrafine milling)

Applications
การผลิตแบบเสริมวัสดุ (Additive Manufacturing - AM) หรือการพิมพ์สามมิติ (3D Printing):
ผงเหล็กถูกนำไปใช้ในกระบวนการต่างๆ เช่น การหลอมด้วยเลเซอร์แบบเลือกสรร (Selective Laser Melting - SLM) และการพิมพ์แบบไบเดอร์เจ็ท (Binder Jetting) เพื่อผลิตชิ้นส่วนโลหะที่มีรูปทรงซับซ้อนและแม่นยำสำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมยานยนต์ อากาศยาน และอุปกรณ์ทางการแพทย์
พลังงานที่ยั่งยืน:
การเก็บพลังงานและเชื้อเพลิง: ผงเหล็กกำลังถูกศึกษาและพัฒนาเพื่อใช้เป็นพาหนะพลังงานที่สามารถผลิตใหม่ได้และปราศจากคาร์บอน โดยเผาผงเหล็กในกระบวนการหมุนเวียนแบบ "การเกิดสนิมและการถอดสนิม" เพื่อผลิตพลังงานความร้อนสำหรับกระบวนการอุตสาหกรรม การให้ความร้อนในเขตเมือง และการผลิตไฟฟ้าโดยไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
การป้องกันสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Shielding): ผงเหล็กอิเล็กโทรลิซิสที่มีความบริสุทธิ์สูงถูกใช้ในวัสดุที่ใช้ป้องกันสนามแม่เหล็กไฟฟ้า
ตัวเร่งปฏิกิริยาเคมี: ผงเหล็กอิเล็กโทรไลต์มีความบริสุทธิ์และประสิทธิภาพสูง เหมาะสำหรับใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเคมี
อุตสาหกรรมผงโลหะ:
เป็นส่วนที่ใหญ่ที่สุด โดยใช้ผงเหล็กในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้าง โดยกระบวนการผลิตผงเหล็กแบบสปอนจ์ (sponge iron) จะให้ผงที่มีความแข็งแรงดีในสภาพ "สีเขียว (green strength)" ซึ่งช่วยให้สามารถจัดการผงได้ก่อนเข้าสู่กระบวนการเผาเชื่อม (sintering)
ข้อดีหลัก
ความยั่งยืนทางสิ่งแวดล้อม
การใช้งานในระบบพลังงานนั้นไม่ก่อให้เกิดก๊าซ CO2
ระบบหมุนเวียน:
ผงเหล็กสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้อย่างไม่สิ้นสุด ช่วยให้เกิดระบบปิด (closed-loop system) สำหรับพลังงาน
ความปลอดภัย:
ผงเหล็กไม่ก่อให้เกิดการระเบิด จึงเป็นทางเลือกที่ปลอดภัยมากกว่าเมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงพลังงานอื่นๆ เช่น ไฮโดรเจน
ความหนาแน่นของพลังงานสูง
ความหนาแน่นพลังงานตามปริมาตรของผงเหล็กในฐานะเชื้อเพลิงนั้นสูงกว่าพลังงานบางประเภท