Het winnen van duurzame energie uit wind, zon en water is algemeen bekend en toegepast. Duurzame bronnen zijn echter afhankelijk van de omgevingsomstandigheden:in piekmomenten van wind en zon wordt overtollige energie geproduceerd die nodig is in tijden van minder wind en zonneschijn. Maar hoe deze overtollige energie efficiënt op te slaan en te transporteren?

Tot nu toe is er geen betrouwbare, veilige en goedkope manier gevonden om een ​​grote hoeveelheid energie op te slaan in een container met een klein volume. Nu analyseerden wetenschappers van het Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) en de Technische Universiteit Eindhoven hoe metalen, met name ijzer, kunnen worden gebruikt voor energieopslag en welke parameters de efficiëntie van opslag en hergebruik bepalen. Ze publiceerden hun recente bevindingen in het tijdschrift Acta Materialia .

Een circulair reductie- en verbrandingsproces creëren

"Energie opslaan in metalen en ze verbranden om de energie vrij te maken wanneer dat nodig is, is een methode die al wordt toegepast in de ruimtevaarttechnologie. Ons doel was om te begrijpen wat er precies gebeurt op micro- en nanoschaal tijdens de reductie en verbranding van ijzer en hoe de evolutie van de microstructuur de efficiëntie van het proces. Daarnaast wilden we ontdekken hoe we dit proces circulair kunnen maken zonder verlies aan energie of materiaal", legt dr. Laurine Choisez uit, die onlangs haar postdoctoraal onderzoek aan de MPIE afrondde en eerste auteur is van de publicatie.

Wanneer ijzererts wordt gereduceerd tot ijzer, wordt er van nature veel energie opgeslagen in het gereduceerde ijzer. Het idee is om deze energie uit het ijzer te halen wanneer dat nodig is door het ijzer terug te oxideren tot ijzeroxide. In tijden van overtollige energie uit wind, zon of water kan dit ijzererts weer worden gereduceerd tot ijzer en kan de energie worden opgeslagen.

De wetenschappers spreken van verbranding bij het beschrijven van de "verbranding", oftewel oxidatie, van het ijzer terug naar ijzererts. Choisez en haar collega's bij MPIE concentreerden zich op de karakterisering van de ijzerpoeders na reductie en verbranding met behulp van geavanceerde microscopie- en simulatiemethoden om de poederzuiverheid, morfologie, porositeit en de thermodynamica van het verbrandingsproces te analyseren.

De verkregen microstructuur van de verbrande ijzerpoeders is bepalend voor de efficiëntie van het volgende reductieproces, en om te bepalen of het proces van reductie en verbranding volledig circulair is, wat betekent dat er geen extra energie of materiaal hoeft te worden toegevoegd.

Opschaling voor industrieel gebruik

De wetenschappers presenteren twee verbrandingsroutes, één ondersteund door een propaan-waakvlam en één zelfvoorzienend waarin de enige brandstof die wordt gebruikt het ijzerpoeder is, en laten zien hoe de verbrandingsroute de microstructuur van het verbrande ijzer beïnvloedt.

“Momenteel schalen we de reductie- en verbrandingsstappen op naar een industrieel relevant niveau, waarbij we precies bepalen welke parameters zoals temperatuur en deeltjesgrootte nodig zijn”, legt Niek E. van Rooij, promovendus bij de groep Verbrandingstechnologie van de Technische Universiteit Eindhoven uit. en co-auteur van de publicatie.

De recente studie toonde aan dat het gebruik van metalen om energie op te slaan haalbaar is. Toekomstige studies zullen nu analyseren hoe de circulariteit van het proces kan worden vergroot, aangezien de grootte van sommige verbrande deeltjes kleiner wordt dan hun oorspronkelijke grootte als gevolg van gedeeltelijke ijzerverdamping, micro-explosies en/of breuk van sommige ijzeroxidedeeltjes. + Verder verkennen

Metalen gebruiken als brandstof