Желязната прах като носител на енергия: ново приложение, което се разработва

Желязната прах има дълга история на използване като промишлен материал в порошковата металургия, заварката, триенето, химическата обработка, магнитните материали и други приложения.

Нов начин за използване на желязната прах сега привлича вниманието на изследователите и технологичните компании: използването на желязо като носител на енергия.

Концепцията се основава на прост цикъл. Желязната прах реагира с кислород и отделя топлина. Полученият желязен оксид след това може да бъде възстановен до желязо, което може да се използва отново.

Изследвания и пилотни проекти проучват дали този цикъл би могъл да осигури практически начин за съхраняване и транспортиране на енергия.

Как функционира горивото от желязо?

Когато фините желязни частици са изложени на кислород при достатъчно високи температури, те се окисляват и отделят топлина.

Основната реакция произвежда желязен оксид вместо въглероден диоксид, свързан с конвенционалните фосилни горива.

Основният цикъл може да се опише като:

Желязо → Желязен оксид → Желязо

След горенето желязният оксид може да се събере и възстанови обратно до метално желязо.

Това дава на желязната прах потенциална роля като рециклируем носител на енергия, а не просто като конвенционално гориво.

Общата екологична изгода, обаче, зависи от начина, по който оксидът на желязото се възстановява. Ако процесът на възстановяване разчита на фосилна енергия, въглеродният отпечатък на целия цикъл ще остане значителен.

Ролята на водорода

Водородът е една от технологиите, които се разглеждат за регенериране на желязо от оксид на желязото.

Използването на водород, произведен от възобновяема електроенергия, би могло да осигури по-нисковъглероден път за процеса на възстановяване. Това свързва технологията на горивото от желязо с развитието на зеления водород и нисковъглеродното производство на желязо.

Следователно концепцията се различава от простото изгаряне на прах от желязо.

Целта е да се установи цикъл, при който желязото може да се произвежда чрез енергия с ниско съдържание на въглерод, да се използва за освобождаване на енергия при нужда и след това да се регенерира от получената оксидна форма.

Защо големината на частиците е важна

Прашът от желязо се държи по различен начин в сравнение с масивното желязо.

Мелките частици имат значително по-голяма повърхност спрямо масата си, което улеснява окисляването. Това прави размера на частиците важен фактор при горенето на желязна прах.

Изследователите изучават няколко характеристики, включително:

· Размер на частиците

· Температура на запалване

· Температура на горене

· Скорост на горене

· Поведение при окисляване

· Форма на частиците

Тези свойства могат да повлияят върху това колко бързо прахът се запалва, колко ефективно гори и как може да се контролира процесът на горене.

Разпределението по размер на частиците също е важно. Прозорът, съдържащ частици с различни размери, може да проявява различно поведение в сравнение с праха с тесен класификационен диапазон при едни и същи условия на горене.

Изследванията все още са в начален етап

Технологията за горене на желязо все още е в стадий на разработка и не трябва да се счита за директна замяна на установените енергийни източници.

Остават няколко технически и икономически въпроса, които трябва да бъдат решени, включително:

· Стоимост на производството на желязна прах

· Стабилност на горенето

· Събиране на оксид на желязото след горенето

· Ефективност на редукцията

· Енергийни разходи по време на регенерация

· Стоимост и наличност на водород с ниско съдържание на въглерод

Икономиката на пълния цикъл от желязо до желязо ще определи дали технологията може да се използва в търговски мащаб.

Поради тази причина текущите изследвания са насочени не само към горенето, но и към целия цикъл — от производството на желязо и горенето до събирането на оксида и регенерацията.

Нов поглед върху желязната прах

Развитието на технологията за гориво от желязо заслужава внимание, тъй като разширява потенциалната роля на желязната прах далеч зад обичайното й използване в производството.

От десетилетия желязната прах се е разглеждала предимно като материал за изработване на компоненти или подпомагане на индустриални процеси.

Енергийният сектор предлага различна възможност: желязната прах може да служи и като средство за съхраняване и транспортиране на енергия.

Това не означава, че приложението вече е голям комерсиален пазар. В момента то остава развиваща се технология със значителни технически и икономически въпроси, които предстои да бъдат решени.

Обаче напредъкът в областта на възобновяемата енергия, зеления водород, производството на нискоемисионно желязо и преработката на прахове може да създаде нови възможности за тази област.

За производителите на желязна прах тази нововъзникваща технология също подчертава важността на характеристиките на праха, които традиционно са изучавани за други приложения.

Размерът на частиците, морфологията, състоянието на повърхността, поведението при окисляване и химичният състав могат да повлияят всички върху производителността на желязната прах.

Докато проучванията продължават, отрасълът ще получи по-добро разбиране на това кои характеристики на праха са необходими за ефективни и контролируеми системи за гориво въз основа на желязо.

Желязната прах може да има и друга роля освен в порошковата металургия. Потенциалът ѝ като възстановяем носител на енергия все още се изследва, но това е област, която заслужава внимание, докато глобалната енергийна система се движи към технологии с по-ниско съдържание на въглерод.