Bột kim loại: Nhiên liệu không carbon cho tương lai?
bởi Yasmin Ahmed Salem, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH
Bột sắt được đốt cháy trong lò đốt quy mô công nghiệp, được sử dụng để ứng dụng chất mang năng lượng bền vững. Nhà cung cấp hình ảnh: Laurine Choisez, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH
Thu được năng lượng bền vững từ gió, mặt trời và nước thường được biết đến và áp dụng. Tuy nhiên, các nguồn tái tạo phụ thuộc vào điều kiện môi trường: trong thời gian cao điểm của gió và mặt trời, năng lượng dư thừa được tạo ra cần thiết trong thời gian ít gió và nắng. Nhưng làm thế nào để lưu trữ và vận chuyển nguồn năng lượng dư thừa này một cách hiệu quả?
Cho đến nay, chưa có cách nào đáng tin cậy, an toàn và rẻ tiền để lưu trữ một lượng năng lượng cao trong một bình chứa thể tích nhỏ. Giờ đây, các nhà khoa học từ Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) và Đại học Công nghệ Eindhoven đã phân tích cách kim loại, đặc biệt là sắt, có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng và những thông số nào xác định hiệu quả của việc lưu trữ và tái sử dụng. Họ đã công bố những phát hiện gần đây của mình trên tạp chí Acta Materialia.
Tạo ra một quá trình giảm và đốt cháy vòng tròn
"Tích trữ năng lượng trong kim loại và đốt cháy chúng để giải phóng năng lượng bất cứ khi nào cần là một phương pháp đã được áp dụng trong công nghệ hàng không vũ trụ. Mục đích của chúng tôi là tìm hiểu chính xác những gì xảy ra ở kích thước vi mô và nano trong quá trình khử và đốt cháy sắt cũng như ảnh hưởng của sự tiến hóa cấu trúc vi mô Hiệu quả của quy trình. Ngoài ra, chúng tôi muốn tìm cách làm cho quy trình này quay vòng mà không bị thất thoát năng lượng hoặc nguyên liệu ", Tiến sĩ Laurine Choisez, người vừa hoàn thành nghiên cứu sau tiến sĩ tại MPIE và là tác giả đầu tiên của ấn phẩm giải thích.
Khi quặng sắt bị khử thành sắt, rất nhiều năng lượng được tích trữ một cách tự nhiên trong lượng sắt bị khử. Ý tưởng là lấy năng lượng này ra khỏi sắt bất cứ khi nào cần bằng cách oxy hóa sắt trở lại thành oxit sắt. Trong thời gian dư thừa năng lượng từ gió, mặt trời hoặc nước, quặng sắt này có thể bị khử thành sắt và năng lượng được lưu trữ.
Các nhà khoa học nói về quá trình cháy khi mô tả quá trình "cháy", nghĩa là quá trình oxy hóa, của sắt trở lại quặng sắt. Choisez và các đồng nghiệp của cô tại MPIE đã tập trung vào đặc điểm của bột sắt sau khi khử và đốt cháy bằng cách sử dụng phương pháp mô phỏng và kính hiển vi tiên tiến để phân tích độ tinh khiết của bột, hình thái, độ xốp và nhiệt động lực học của quá trình đốt cháy.
Cấu trúc vi mô thu được của bột sắt nung chảy quyết định đến hiệu quả của quá trình khử sau và để xác định xem quá trình khử và đốt cháy có hoàn toàn theo vòng tròn hay không, nghĩa là không phải thêm năng lượng hoặc nguyên liệu nào.
Năng lượng được lưu trữ trong khi khử oxit sắt thành sắt. Năng lượng được giải phóng trong khi đốt sắt trở lại oxit sắt. Tối ưu hóa quá trình này có thể dẫn đến một vòng tuần hoàn đầy đủ, do đó, lưu trữ năng lượng bền vững. Nhà cung cấp hình ảnh: Laurine Choisez, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH
Nâng cấp cho mục đích sử dụng công nghiệp
Các nhà khoa học đưa ra hai con đường đốt cháy, một con đường được hỗ trợ bởi ngọn lửa thí điểm propan và một con đường tự duy trì, trong đó nhiên liệu duy nhất được sử dụng là bột sắt, và chỉ ra cách con đường cháy ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô của sắt cháy.
Niek E. van Rooij, nhà nghiên cứu tiến sĩ trong nhóm Công nghệ đốt của Đại học Công nghệ Eindhoven, giải thích: “Chúng tôi hiện đang nâng cấp các bước giảm và đốt lên mức phù hợp trong công nghiệp để xác định các thông số chính xác như nhiệt độ và kích thước hạt,” và đồng tác giả của ấn phẩm.
Nghiên cứu gần đây cho thấy việc sử dụng kim loại để tích trữ năng lượng là hoàn toàn khả thi. Các nghiên cứu trong tương lai hiện sẽ phân tích cách tăng tính tuần hoàn của quá trình, vì kích thước của một số hạt cháy giảm so với kích thước ban đầu của chúng do sắt bay hơi một phần, các vụ nổ vi mô và / hoặc đứt gãy một số hạt ôxít sắt.
