美国能源部的国家实验室（National Energy Technology Laboratory，NETL）结构材料团队的研究人员通过添加稀土元素(REE)铈来制造更坚固的钢合金，生产了一种更坚固的管道材料，用于输送氢气和捕获的二氧化碳(CO₂)。

这一成就同时解决了美国能源部的两个重要优先事项:发展脱碳所需的基础设施和改善关键矿产供应链。

研究人员解释说，添加的铈与钢制造过程中引入的氧和硫杂质发生反应，消除了这些杂质的负面影响，从而生产出在使用寿命期间不易开裂的钢。NETL的测试表明，在X90管道钢中添加铈可以将夏比冲击韧性(衡量钢吸收能量和抵抗裂纹扩展能力的指标)提高50%。

“这种改进对于新管道来说非常重要，因为在新管道中，运行韧性断裂是一个主要问题，比如二氧化碳的输送。这些结果显示出希望，需要更多的研究来确定铈对其他重要钢性能(如可焊性)的影响。NETL研究科学家Richard Oleksak说。

“更好的钢材并不是唯一的潜在好处，”他补充说，“铈是国内传统和非常规原料中最丰富的稀土元素，目前是开采更有价值的稀土的主要未使用的副产品。这意味着我们可以看到铈的应用，以满足工业需求。”

他说，全球钢铁产量每年为20亿吨，将少量的铈纳入该行业将大大增加其需求。通过开发铈的大批量应用，提高了国内稀土生产的价值主张，从而加强了这些关键矿物的供应链。

稀土在炼铁和炼钢方面有着悠久的历史。具体来说，自20世纪50年代以来，铈、镧和铈/富镧合金以某种形式被使用。自从20世纪中期在炼铁和炼钢中涉及铈和镧元素的主要工作以来，铈和镧的成本已经显著下降。

成本降低的一个主要驱动因素与所谓的稀土平衡问题有关。也就是说，在常规和非常规的国内原料中，铈和镧都与其他稀土元素(如钕)共存。由于各种清洁能源技术对钕和其他稀土元素的高需求，以及在全球脱碳时代对这些技术的需求可能会增加，未来几十年很可能会产生大量未使用的铈和镧。

Oleksak说:“这为重新考虑这些稀土元素提供了一个极好的机会，使其成为炼钢中有前途且价格低廉的合金添加剂。”“NETL在开发铈增强钢合金方面的成功是一个例子，说明利用这些机会可以带来潜在的经济和环境效益。”

预计未来几年将有重大的新管道基础设施改善，这可以帮助国家实现脱碳目标，包括专门为二氧化碳和氢气运输设计的管道。这两种用途都带来了独特的挑战，并增加了对钢铁产品完整性的依赖。