Metalpulver:Kulstoffri brændstof til fremtiden?

At få bæredygtig energi fra vind, sol og vand er almindeligt kendt og anvendt. Vedvarende kilder afhænger dog af miljøforhold:I spidsbelastningsperioder med vind og sol produceres overskydende energi, som er nødvendig i tider med mindre vind og solskin. Men hvordan opbevarer og transporterer man denne overskydende energi effektivt?

Indtil videre er der ikke fundet nogen pålidelig, sikker og billig måde at opbevare en stor mængde energi i en beholder med lille volumen. Nu har forskere fra Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) og Eindhoven University of Technology analyseret, hvordan metaller, især jern, kan bruges til energilagring, og hvilke parametre der bestemmer effektiviteten af ​​lagring og genbrug. De offentliggjorde deres seneste resultater i tidsskriftet Acta Materialia .

Oprettelse af en cirkulær reduktions- og forbrændingsproces

"At lagre energi i metaller og forbrænde dem for at frigøre energien, når det er nødvendigt, er en metode, der allerede anvendes inden for rumfartsteknologi. Vores mål var at forstå, hvad der præcist sker på mikro- og nanoskala under reduktion og forbrænding af jern, og hvordan mikrostrukturudviklingen påvirker effektiviteten af ​​processen. Derudover ønskede vi at finde ud af, hvordan vi kunne gøre denne proces cirkulær uden tab i energi eller materiale," forklarer Dr. Laurine Choisez, som for nylig afsluttede sin postdoktorale forskning ved MPIE, og som er førsteforfatter til publikationen.

Når jernmalme reduceres til jern, lagres der naturligt meget energi i det reducerede jern. Ideen er at få denne energi ud af jernet, når det er nødvendigt ved at oxidere jernet tilbage til jernoxid. I tider med overskudsenergi fra vind, sol eller vand kunne denne jernmalm igen reduceres til jern og energien lagres.

Forskerne taler om forbrænding, når de beskriver "brændingen", hvilket betyder oxidation, af jernet tilbage til jernmalm. Choisez og hendes kolleger hos MPIE fokuserede på karakteriseringen af ​​jernpulverne efter reduktion og forbrænding ved hjælp af avancerede mikroskopi- og simuleringsmetoder til at analysere pulverets renhed, morfologi, porøsitet og termodynamikken i forbrændingsprocessen.

Den opnåede mikrostruktur af de forbrændte jernpulvere er afgørende for effektiviteten af ​​den efterfølgende reduktionsproces og for at afgøre, om processen med reduktion og forbrænding er helt cirkulær, hvilket betyder, at der ikke skal tilføres yderligere energi eller materiale.

Opskalering til industriel brug

Forskerne præsenterer to forbrændingsveje, en understøttet af en propanpilotflamme og en selvbærende, hvor det eneste brændstof, der bruges, er jernpulveret, og viser, hvordan forbrændingsvejen påvirker mikrostrukturen af ​​det forbrændte jern.

"Vi opskalerer i øjeblikket reduktions- og forbrændingstrinene til et industrielt relevant niveau, der bestemmer de nøjagtige parametre som temperatur og partikelstørrelse, som er nødvendige," forklarer Niek E. van Rooij, doktorgradsforsker i forbrændingsteknologigruppen ved Eindhoven University of Technology. og medforfatter til publikationen.

Den nylige undersøgelse viste, at det er muligt at bruge metaller til at lagre energi. Fremtidige undersøgelser vil nu analysere, hvordan man kan øge processens cirkularitet, da størrelsen af ​​nogle forbrændte partikler er reduceret i forhold til deres oprindelige størrelse på grund af delvis jernfordampning, mikroeksplosioner og/eller brud på nogle jernoxidpartikler. + Udforsk yderligere

Brug af metaller til brændstof