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Imagen. / Cortesía de 6K

2025-02-10

Limpieza de la producción de minerales y materiales críticos mediante plasma de microondas


La presión para que la industria vuelva a Estados Unidos se enfrenta a una triste realidad: los procesos de fabricación de muchos materiales críticos actuales generan subproductos tóxicos y otros peligros ambientales. Esto es así en el caso de metales industriales de uso común, como el níquel y el titanio, así como de minerales, materiales y revestimientos especiales que se utilizan en baterías, productos electrónicos avanzados y aplicaciones de defensa.

Ahora 6K, fundada por el ex científico investigador del MIT Kamal Hadidi, está utilizando un nuevo proceso de producción para traer de regreso a Estados Unidos la producción de materiales críticos sin los subproductos tóxicos.

La empresa está ampliando activamente su tecnología de plasma de microondas, a la que llama UniMelt, para transformar la forma en que se procesan los minerales críticos, creando nuevas cadenas de suministro nacionales en el proceso. UniMelt utiliza haces de plasma térmico estrictamente controlado para fundir o vaporizar materiales precursores en partículas con tamaños precisos y fases cristalinas.

La tecnología convierte metales, como titanio, níquel y aleaciones refractarias, en partículas optimizadas para la fabricación aditiva en una variedad de aplicaciones industriales. También se utiliza para crear materiales para baterías de vehículos eléctricos, infraestructuras de red y centros de datos.

“Los mercados y los materiales críticos en los que nos centramos son importantes no solo por razones económicas, sino también por la seguridad nacional de Estados Unidos, porque la mayor parte de estos materiales se fabrican hoy en día en países hostiles”, afirma Saurabh Ullal, director ejecutivo de 6K. “ Ahora, el [gobierno estadounidense] y nuestra creciente base de clientes pueden aprovechar esta tecnología inventada en el MIT para hacer que Estados Unidos sea menos dependiente de estos países hostiles, asegurando la independencia de la cadena de suministro ahora y en el futuro”.

6K, que recibe su nombre de la temperatura de 6000 grados de su plasma, actualmente vende sus polvos metálicos de alto rendimiento a fabricantes de piezas, así como a empresas de defensa, automotrices, médicas y de petróleo y gas para su uso en aplicaciones que van desde componentes de motores e implantes médicos hasta cohetes. Para ampliar su negocio de materiales para baterías, 6K también está construyendo una planta de producción de 100.000 pies cuadrados en Jackson, Tennessee, cuya construcción comenzará a finales de este año.

Un proyecto de fin de semana

Entre 1994 y 2007, Hadidi trabajó en el Plasma Science and Fusion Center (PFSC), donde desarrolló tecnologías de plasma para una amplia gama de aplicaciones, entre ellas la producción de hidrógeno, la reforma de combustibles y la detección de toxinas ambientales. Su primera empresa se fundó en 2000 a partir del PFSC para detectar mercurio en las chimeneas de las centrales eléctricas de carbón.

“Me encantó trabajar en el MIT”, dice Hadidi. “Es un lugar increíble que realmente te desafía. El solo hecho de estar allí es muy estimulante porque todos intentan encontrar nuevas soluciones y conectar los puntos entre los diferentes campos”.

Hadidi también comenzó a utilizar plasmas de microondas de alta frecuencia para crear nanomateriales para su uso en aplicaciones ópticas. No era un experto en materiales, por lo que colaboró ​​con el profesor Eric Jordan, un experto en síntesis de materiales de la Universidad de Connecticut, y los investigadores comenzaron a trabajar durante las noches y los fines de semana en el PSFC para desarrollar aún más la idea y, finalmente, patentar la tecnología.

Hadidi fundó oficialmente la empresa como Amastan en 2007, explorando el uso de su tecnología de plasma de microondas, posteriormente llamada UniMelt por “proceso de estado de fusión uniforme”, para fabricar una gran cantidad de materiales diferentes como parte de una subvención del gobierno que él y Jordan recibieron.

Los investigadores pronto se dieron cuenta de que la tecnología de plasma de microondas tenía varias ventajas sobre las técnicas de producción tradicionales para ciertos materiales. Por un lado, podía eliminar varios pasos de alta energía de los procesos convencionales, reduciendo los tiempos de producción de días a horas en algunos casos. Para las baterías y ciertos minerales críticos, el proceso también funciona con materias primas recicladas. Amastan pasó a llamarse 6K en 2019.

Desde el principio, Hadidi produjo polvos metálicos utilizados en la fabricación aditiva a través de un proceso llamado esferoidización, que da como resultado polvos densos y esféricos que fluyen bien y permiten fabricar piezas impresas en 3D de alto rendimiento.

Tras otra subvención, Hadidi exploró métodos para producir un tipo de cátodo de batería hecho de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC). El proceso estándar para fabricar NMC implicaba síntesis química, precipitación, tratamiento térmico y mucha agua. 6K puede reducir muchos de esos pasos, acelerando la producción y reduciendo los costos, al mismo tiempo que es más sostenible.

“Nuestra tecnología elimina por completo los desechos tóxicos y recicla todos los subproductos a través del proceso para aprovechar todo, incluida el agua”, afirma Ullal.

Ampliación de la producción nacional

En la actualidad, la división de fabricación aditiva de 6K opera desde una fábrica en Pensilvania. Los sistemas de procesamiento, refinación y reciclaje de minerales críticos de la empresa pueden producir alrededor de 400 toneladas de material por año y pueden usarse para fabricar más de una docena de tipos de polvos metálicos. La empresa también tiene un centro de baterías de 33.000 pies cuadrados en North Andover, Massachusetts, donde produce materiales de cátodos de baterías para sus clientes de almacenamiento de energía y movilidad.

La planta de Tennessee se utilizará para producir materiales para cátodos de baterías y representa un enorme avance en la producción. La empresa afirma que podrá producir 13.000 toneladas de material al año cuando finalice la construcción el año próximo.

“Me siento feliz si lo que comencé aporta algo positivo a la sociedad y estoy sumamente agradecida con todas las personas que me ayudaron”, dice Hadidi, quien dejó la empresa en 2019. “Soy una emprendedora de corazón. Me gusta hacer cosas. Pero eso no significa que siempre tenga éxito. Es muy satisfactorio para mí ver que esto tiene un impacto”.

El equipo de 6K afirma que su tecnología también puede crear una variedad de cerámicas especiales, recubrimientos avanzados y materiales de nanoingeniería. Afirman que también se puede utilizar para eliminar PFAS, o "químicos permanentes", aunque ese trabajo se encuentra en una etapa inicial.

La empresa recibió recientemente una subvención para demostrar un proceso de reciclaje de materiales críticos de depósitos militares para producir productos aeroespaciales y de defensa, creando una nueva cadena de valor para estos materiales que de otro modo se deteriorarían o irían a parar a vertederos. Ese trabajo es coherente con el lema de la empresa: "No tomamos nada de la tierra ni ponemos nada en ella".

La división de aditivos de la empresa recibió recientemente una subvención de la Ley de Producción de Defensa de 23,4 millones de dólares “que nos permitirá duplicar la capacidad de procesamiento en los próximos tres años”, afirma Ullal. “El siguiente paso es aumentar la producción de materiales para baterías a decenas de miles de toneladas por año. En este punto, se trata de una ampliación de los procesos conocidos y solo necesitamos ejecutarlos. La idea de crear una economía circular es muy importante para nosotros porque así es como hemos construido esta empresa y así es como generamos valor: abordando nuestras preocupaciones de seguridad nacional en Estados Unidos y también protegiendo el planeta”.

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