2025年9月23日，美国国家标准与技术研究院（NIST）发布《发展可持续金属加工基础设施面临的材料挑战》报告。该报告基于NIST于2024年7月30日至31日举办的题为“发展可持续金属加工基础设施面临的材料挑战”的研讨会，该研讨会汇集了来自工业界、政府和学术界的顶尖专家，共同探讨关键材料供应、可持续提取冶金、合金设计、计算工具、制造实践和回收技术等方面的紧迫问题。报告涵盖七个主题，每个部分都总结了构建金属加工基础设施的关键技术考量，这些基础设施旨在支持创新、循环利用和国家竞争力。涵盖的主题包括：

l  关键材料：重点介绍通过联邦协调、风险评估、创新中心和国内投资，确保锂和钴等关键材料安全的国家举措。

l  萃取冶金：用于从采矿和工业废料中回收关键材料，包括湿法冶金和电化学工艺，强调需要振兴美国萃取冶金教育和劳动力发展项目。

l  铝：强调增加铝合金中回收材料含量的重要性，同时克服与杂质和传统合金法规相关的技术挑战，这些法规限制了铝冶炼产品中添加废料。

l  集成计算材料工程与数据：探讨计算工具和材料建模在合金设计、工艺优化和数据集成中的作用，以实现更高效、更可持续的材料生产。

l  钢铁：介绍新兴的钢铁生产技术，例如熔融氧化物电解和氢基还原，以及废料质量和合金性能管理策略。

l  可持续制造：重点介绍如何利用生命周期评估来指导直接和间接的可持续发展工作，并在汽车和增材制造领域进行探索。

l  回收与再利用：概述报废材料回收的经济和技术挑战，并提出改进材料分离和利用的有前景的策略。

最后，报告指出，通过弥补测量科学方面的差距、支持标准制定的技术基础以及改进建模和数据工具，可以实现美国金属行业的可持续、韧性和循环发展。同时，报告对促进金属行业可持续发展的潜在行动提出了5项具体行动。

1. 推进可持续冶金和制造的测量科学

通过开发和推广以下测量方法，可加速向可持续金属加工的转变，具体包括：

l  识别和量化回收金属原料中的杂质。

l  对含有回收成分的合金进行表征，以了解杂质对性能的影响。

l  对增材制造和原生金属制造工艺进行在线监控，以提高效率和性能。

l  推进在线合金识别、分类和分离技术，以提高回收材料的质量和纯度。

l  评估金属生命周期内的能耗及其影响，特别关注提取和精炼环节。

l  降低有望推动可持续金属加工的新兴技术的风险（例如氢基还原、电气化）。

2. 构建支持标准制定的技术基础

加速可持续金属行业的工业应用，需要制定和采用以坚实技术基础为基础的标准。支持此目标的具体行动项目包括：

l  生成数据，以便创建和/或修订基于性能的再生金属标准，例如杂质容差更高的铝和钢合金。

l  测量科学和技术验证，以便制定使用再生粉末的增材制造中原料差异的规范。

l  开发方法并生成参考数据，以促进可持续性标准，例如识别金属和制造供应链中的再生成分、能源强度和环境影响。

3. 启用集成数据基础设施和建模工具

支持开发对材料设计、生命周期跟踪和决策至关重要的建模工具和数据基础设施，具体包括：

l  扩展回收和耐杂质合金的热力学和动力学数据库及评估。

l  开发将高回收含量金属的杂质含量、微观结构和材料性能联系起来的预测模型。

l  促进生命周期评价（LCA）数据的基准测试并将其集成到合金和工艺设计平台中。

l  开发将可持续性考虑因素（例如回收含量、供应风险和报废可回收性）融入合金设计、材料认证和采购流程的方法和工具。

4. 促进劳动力发展和教育振兴

为弥补可持续冶金和可持续制造领域的关键技能差距，需要进行以下方面的投资：

l  在大学、国家实验室、行业和联邦/州实体之间建立合作伙伴关系，为萃取冶金和ICME课程提供以可持续性为重点的模块。

l  建立培训项目，例如实习、本科和研究生研究途径以及博士后项目，重点关注冶金和制造业中数据驱动的可持续材料科学和循环经济实践。

l  促进以行业为中心的研讨会，分享和推广金属和制造业的可持续性和循环经济实践。

5. 召集利益相关者并协调战略

为推动可持续金属生产和回收利用的进展，各利益相关者应建立合作关系，以促进知识共享、创新和集体行动，具体包括：

l  举办多部门研讨会并组建以循环金属创新为重点的联盟。

l  制定可持续铝、钢和关键材料供应链的路线图。

l  建立机制，使测量需求与监管和市场驱动因素相一致。

l  与联邦相关举措在关键材料安全、制造创新和循环经济方面的协调。