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2022-05-01俄烏戰爭引起的「妖鎳之亂」 鎳金屬在生活中的重要性
629 期
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C球/多倫多大學化學系博二研究生。幾年前誤打誤撞後入了化學這個坑,便被這個超有潛力的核心科學領域震撼。除了研究,希望能透過科普寫作與影片,讓大家對化學少一點距離感和對科學研究更有興趣。
Take Home Message
► 鎳在生活中的應用處處可見,例如不鏽鋼就是由鐵、鉻、鎳組成的合金;鎳氫電池也廣泛用於電動牙刷、相機、混合動力汽車等。
► 在材料方面,鎳不只有抗氧化、抗腐蝕、抗生鏽的功能,它的可塑性和與其他金屬形成合金的能力也非常好,更能被完全回收再利用。
► 鎳是過渡金屬的成員之一,在電子結構上有著漸進式和多樣性的變化,能提供科學家更多可能性、控制性,製造出不同屬性的分子或材料。
自俄羅斯與烏克蘭開戰以來,全球已有許多原物料的供應鏈受到影響。除了歐洲天然氣的供給出現問題的風險以外,這場戰爭也引起了各市場對於「鎳」(nickel, Ni)金屬供應不及的恐慌。而在今(2022)年 3 月7 日起,鎳的價格在兩天內一度從大約每噸三萬美元漲到十萬美元,這個從來沒見過的價格暴漲事件,在網路上被稱作為「妖鎳之亂」。
為什麼俄烏戰爭會與看起來毫不相干的天然氣、鎳金屬有關?這是因為俄羅斯除了是生產天然氣的大國之外,也是全世界第一大的鎳生產國。天然氣對於民生、工業、發電等有著重要的地位,若天然氣無法正常供應,勢必會引發許多問題,但「鎳」金屬呢?鎳為什麼會導致金屬市場產生波瀾?
「鎳」的應用
目前世界上最大的鎳庫存量在澳洲,但開採與生產量能第一大的國家卻是俄羅斯。也因為鎳的生產線難以在短時間內建設完成,且現階段第一生產大國又處於與全世界互相經濟制裁的風波中,在出口量隨時都有可能被影響的情況下,導致許多人為鎳的供給而感到憂心。既然有這麼多人在意鎳,可能代表世界各國對它的需求量極大。為什麼?鎳究竟有哪些用途?
日本三洋推出的可充電式鎳氫電池。(D.328, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons)
其實鎳在我們日常生活中的應用處處可見,和我們最貼近的例子莫過於「不鏽鋼」了,生活中許多不同種類的不鏽鋼,就是由鐵(iron, Fe)、鉻(chromium, Cr)、鎳所組成的合金。像是現在許多煮飯鍋常見的材質「304 不鏽鋼」,主要就含有大約70 ~ 74%的鐵、18 ~ 20%的鉻、8 ~ 10%的鎳;而「316 不銹鋼」除了上述提及的成分外,還另外添加了「鉬」(molybdenum, Mo)元素,使它的抗腐蝕的能力更好,一般常使用於食品業、外科手術器材、船舶建材等領域。雖然在不鏽鋼的成分裡鎳的比例看似不多,但是它卻是防止不銹鋼生鏽的關鍵之一。而全球不鏽鋼的產量光是去(2021)年就高達5600 萬噸,可見做為其原物料的鎳,在全球市場上是非常重要的!
混合動力汽車是指能夠由兩種以上的能源驅動的車輛,常見的使用能源有燃料(如石油、柴油等)、電池、燃料電池、太陽能電池等。
和純電動車相比,混合動力汽車多了電池之外的另一種燃料,因此可以較輕、寬敞,也不太會出現充電時間過長、充電站過少等問題。
(Car charging vector created by storyset)
除了不鏽鋼以外,鎳也有許多其他的應用。例如鎳是電動車電池中重要的成分——許多電動車電池的負極,主要就是由鎳、鈷(cobalt, Co)、錳(manganese, Mn)所組成。而鎳氫電池(NiMH)也是另一個應用到鎳的例子,這種可充電電池除了能以我們熟悉的3、4 號電池的樣子出現,也藏在刮鬍刀、電動牙刷、相機、 醫療器材、混合動力汽車(hybrid vehicle),以及各式各樣的物品。