Polvo metálico: ¿combustible de carbono cero para el futuro?
Cómo puede utilizarse el hierro para almacenar y transportar energía
La obtención de energía sostenible a partir del viento, el sol y el agua es algo comúnmente conocido y aplicado. Sin embargo, las fuentes renovables dependen de las condiciones ambientales: en las épocas de mayor viento y sol, se produce un exceso de energía que se necesita en las épocas de menor viento y sol. Pero, ¿cómo almacenar y transportar este exceso de energía de forma eficiente? Hasta ahora no se ha encontrado ninguna forma fiable, segura y barata de almacenar una gran cantidad de energía en un contenedor de pequeño volumen. Ahora, científicos del Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) y de la Universidad Tecnológica de Eindhoven han analizado cómo pueden utilizarse los metales, especialmente el hierro, para almacenar energía y qué parámetros determinan la eficiencia del almacenamiento y la reutilización. Han publicado sus conclusiones en la revista Acta Materialia.
Polvo de hierro quemado en un quemador a escala industrial, utilizado para la aplicación del portador de energía sostenible.
© Laurine Choisez, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH
Creación de un proceso circular de reducción y combustión
"Almacenar energía en los metales y quemarlos para liberar la energía cuando se necesite es un método que ya se aplica en la tecnología aeroespacial. Nuestro objetivo era comprender qué ocurre exactamente a micro y nanoescala durante la reducción y combustión del hierro y cómo la evolución de la microestructura influye en la eficiencia del proceso. Además, queríamos encontrar la manera de hacer que este proceso fuera circular sin pérdidas de energía ni de material", explica la Dra. Laurine Choisez, que acaba de terminar su investigación postdoctoral en el MPIE y que es la primera autora de la publicación. Cuando los minerales de hierro se reducen a hierro, se almacena naturalmente mucha energía en el hierro reducido. La idea es sacar esta energía del hierro siempre que se necesite, oxidando el hierro de nuevo a óxido de hierro. En momentos de exceso de energía procedente del viento, el sol o el agua, este mineral de hierro podría volver a reducirse a hierro y almacenar la energía. Los científicos hablan de combustión cuando describen la "quema", es decir, la oxidación, del hierro hasta convertirlo en mineral de hierro. Choisez y sus colegas del MPIE se centraron en la caracterización de los polvos de hierro tras la reducción y la combustión utilizando métodos avanzados de microscopía y simulación para analizar la pureza del polvo, la morfología, la porosidad y la termodinámica del proceso de combustión. La microestructura obtenida de los polvos de hierro quemados es decisiva para la eficiencia del siguiente proceso de reducción, y para determinar si el proceso de reducción y combustión es totalmente circular, lo que significa que no hay que añadir energía o material adicional.
Aumento de la escala para el uso industrial
Los científicos presentan dos vías de combustión, una apoyada por una llama piloto de propano y otra autosostenida en la que el único combustible utilizado es el polvo de hierro, y muestran cómo la vía de combustión influye en la microestructura del hierro quemado. "Actualmente estamos ampliando las etapas de reducción y combustión a un nivel industrial relevante, determinando los parámetros exactos, como la temperatura y el tamaño de las partículas, que son necesarios", explica Niek E. van Rooij, investigador doctoral del grupo de Tecnología de la Combustión de la Universidad Tecnológica de Eindhoven y coautor de la publicación. El reciente estudio ha demostrado que el uso de metales para almacenar energía es factible. Los estudios futuros analizarán ahora cómo aumentar la circularidad del proceso, ya que el tamaño de algunas partículas quemadas disminuye en comparación con su tamaño original debido a la evaporación parcial del hierro, las microexplosiones y/o la fractura de algunas partículas de óxido de hierro.
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