日本研发超新金属生产技术

　　日本作为先进钢铁制造业生产和技术大国，从当前和未来需求及防止资源枯竭出发，正积极开发所需的钢铁材料以代替现有金属材料，以及设法在月亮上生产铁的技术。
　　1 汽车用替代金属的开发
　　汽车制造业是钢铁和有色金属的主要下游用户。据物质材料研发机构预测，到2050年时，铜、铅、锌、锰等大宗金属使用量将超过现有的资源贮蓄量，故应及时开发替代金属。
　　首先，为实现轻量化减排，汽车需要大量高强度钢板。同时为防蚀以延长使用寿命，又必须经行表面镀锌。随着中国等发展中国家汽车工业的高速发展，锌有枯竭的潜在危险。在政府支持下，东京工业大学正开发以铝、镁、硅合金替代锌作镀层的技术。经初步试验，发现其耐蚀性能优于镀锌层，同等时间长的氢侵入量可减少到镀锌层的1/10，十分有利于防止高强度钢板劣化而保证汽车安全。JFE钢铁、东北大学和物质材料研发机构正参予研发以早日实现实用化。
　　另外，汽车尾气净化触媒用铂、铑和钯等稀有金属全靠进口。据此，产业技术研发机构和三井金属共同研发成功对净化器改进，及以银代铂的技术，预计到2013年，可使铂的总用量减少50%。
　　2 稀有金属代用材料的研发
　　随着生态汽车和光伏电池等的发展，稀有金属的用量增加导致价格高涨。据此，经产省进行了立项，要求在20年内，开发使透明电极用钢比现在减少50%、永久磁铁用钕和超硬工具用钨比现在减少30%的技术。据此，产业技术研发机构已成功开发液晶电视、光电池板和发光LED等透明电极用氧化铟锡的替代品，即将氧化锌和氧化镁的混合材在10cm×10cm玻璃基板上成膜的技术。现已试用于小型液晶电视和光伏电池。
　　另外，神奈川科技学院和旭硝公司也成功开发在二氧化钛中加入微量铌，并在玻璃上成膜以制造透明电极的技术。有关节约和钕、钨替代技术也在开发积极中。
　　3 超高纯铁耐蚀材的开发
　　为适应中东、亚洲等临海居住地的屋顶、汽车和自行车等防止含盐高空气的腐蚀，东北大学金属研究所开发成功含Fe达99.98%的超高纯铁，作为解决耐蚀问题的材料。一般生铁的含Fe为97.9%，如此超高纯铁是在比大气压负1013的1000倍压力的真空状态下生产。由于杂质少，所以耐蚀性好，并在高温高压下不开裂。
　　这一新产品尚属试验成果，一旦实用化将给人们的生活带来重大变化。研究者认为，一旦实用化后，将率先用于不需维修的核电站和海水淡化装置。即用于核反应堆的配管和换热器时可基本上不需维修，故在沙漠亦可建核电站；用于海水淡化装置时亦可长期稳定运行和降低成本。现已将试样送电力大户供欣赏和研究用途。研究组目前正筹建每次可产100kg成品的中试设备。
　　4 研发更高效的电池负极材
　　为适应混合动力汽车和电动汽车的发展，日本金属研究所正研发比现用锂离子电池更高效的负极材。该研究组认为，要使充放电稳定，需抑制电极板表面凹凸不平。据此，该所正在对比锂离子的电池容量高1倍的镁离子电池，用厚1mm以下的镁薄板改进其负极板。
　　若成功后，与在沙漠地区屋顶上装的光伏电池组合，则可通过存电保证住宅的日夜稳定用电。如用在电动汽车上替代现用的锂离子电池，则一次充电后的使用时间可提高1倍。但镁离子电池的正极材料易劣化，?玉县产业技术中心正开发防劣化技术，并获初步成功。
　　5 在月亮上炼铁
　　此项目正由东京工业大学的须佐教授领导的研究组研发。教授认为，从理论上看，将月亮上的沙加热到1400℃即可成铁，因为月亮上的含氧量为地球上的10-15，故将月沙中含Fe 10%~15%的FeO加热到1400℃，则Fe和O2分离，O2扩散后自然成Fe。而地球上则由于氧化，致分解后的Fe再度生成FeO。
　　对于反应速度，由于在真空中对FeO分解的实例还不多，研究组正对FeO分解速度进行推算试验，但由于对模拟月亮上O2浓度的困难导致进展缓慢。但须佐教授和宇航研发机构、清水建设公司联合，将地球上利用还原剂生产Fe的技术用于月沙已初步成功，即以同月沙同样成分的材料和石墨反应时，则试样的Fe在2h后由10%变为0.1%。
　　若在重力仅为地球1/6的月面上，由于干扰反应的气体很快从熔化体中脱出，理论上其反应速度可提高5倍，即其产铁的效率不比高炉差。但是，由于月亮无燃料只好从地球上带去，只要提供月沙加热的能源即可产出铁。目前在成本和批量生产方面的难题仍多，短期内难以实用化。
　　考虑到强度高、易加工且便于再生利用的铁在地球已广泛应用，但Fe的密度高达7.8，难以用火箭运上月亮。如能在月亮上生产Fe，则可以提高人类在月亮上居住的可能性。但是仍需考虑环保问题，例如人类的月亮上居住时产生的污水掉入太空则将严重污染环境。为解决这一问题，正和电工（北海道旭川市）正开发对生活污水净化后循环利用而不外排的技术。即利用木炭表面的微生物对污水中的有机物分解净化，且木炭表面积愈大净化能力愈大，从而可解决这一问题。
　　人类学家预测，50年后地球人口将由现在的60亿提高到100亿，居住地和大气污染则更为紧张和严重。为此应考虑在沙漠、海中和月亮上居住的可能性，日本企业若能率先为此解决所需的物质条件，则上述新世界有可能早日出现。