Минерално гориво за енергия без въглерод на Земята…и Луната

Изследователите са използвали експерименти с микрогравитация, за да изследват дискретното изгаряне на железен прах, което води до безкрайно рециклируемо съхранение на енергия без въглерод. Това има обещаващи приложения на Земята и за устойчиви лунни постове в бъдеще.

Всичко гори. Като се има предвид правилната среда, всички материали могат да горят чрез добавяне на кислород, но намирането на правилната смес и генерирането на достатъчно топлина кара някои материали да горят по-лесно от други. Изследователи, които се интересуват да научат повече за вид пожар, наречен сплит изгаряне, използваха съоръженията на Европейската космическа агенция за микрогравитационен експеримент, за да проучат.

В поредица от параболични полети и на ракети-сонди, изстреляни от Швеция, екип от професор Джефри Бергторсън от университета Макгил в Канада и Технологичния университет в Айндховен в Холандия изследва изгарянето на железен прах при нулева гравитация. Изследването им беше чиста физика, учените искаха да научат повече за дискретното горене, при което огънят не гори през гориво непрекъснато, а прескача от един източник на гориво към друг. Този тип пожар рядко възниква естествено на Земята, но един пример е горски пожар, при който едно дърво изгаря напълно и огънят прескача към следващото, когато стане достатъчно горещо, за да изгори.

Това хипнотично видео на отделеното изгаряне е записано по време на експеримент с параболичен полет на борда на самолета Falcon-20 на Канадския национален изследователски център, който предоставя на изследователите до осемнадесет секунди безценна нулева гравитация. Кредит: Екип на Perwaves

Изгарянето на железен прах при експерименти на самолети с нулева гравитация и ракетни полети позволи на железните частици да плават и да се запалят дискретно. Високоскоростни камери заснеха сцената и позволиха на изследователите да разберат по-добре феномена, което доведе до компютърни модели, които показаха идеални условия за изгаряне на гориво на Земята.

Знаете ли, че желязото може да гори? Изгарянето на железния прах, показано тук, се извършва без дим и без въглерод. Кредит: TU/e/Solid/Bart van Overbeeke

Отделно изгаряне за устойчива енергия

С новото разбиране, станало възможно от изследването на микрогравитацията, стана възможно изграждането на ефективни и практични пещи за изгаряне на желязо.

Предимството на горенето на желязо се дължи на химията. По принцип изгарянето на гориво е процес на преобразуване на вещество чрез добавяне на кислородни атоми. Ето защо горивата, базирани на въглерод, произвеждат парниковия газ въглероден диоксид, когато два атома кислород се добавят към горива, базирани на въглерод, като дърва, въглища или нефт. При желязото продуктът, останал след изгарянето, е железен оксид, по-известен като ръжда. Не се произвежда въглероден диоксид и ръждясалото желязо може лесно да се събере, тъй като не образува газ – а при изгарянето на желязото изобщо не се отделят вредни газове.

Желязната ръжда може дори да се третира, за да се премахне кислородът и да се върне като желязо с помощта на водород. Използвайки електричество от устойчиви източници, желязото като гориво може да се превърне в кръгово хранилище на енергия и безкрайно рециклируемо.

Пилотна инсталация вече е в експлоатация в Bodl, близо до Айндховен, Холандия. Използвайки желязо като източник на гориво, този генератор може да произведе 1 мегават пара в единица, разположена в склад. Разширяването на такава електроцентрала от черни метали може да произведе повече енергия.

Много стартиращи фирми вече търсят това безвъглеродно гориво за захранване на фабрики и промишлени процеси.

Инсталация за демонстрация на желязна пещ. Кредит: Metallot

От космоса до земята и след това до луната

Докато космическите агенции се подготвят да изградят устойчиви лунни постове, осигуряването на енергия за астронавтите на Луната е само едно от предизвикателствата, които трябва да бъдат преодолени. Минералните горива могат да бъдат решение. С помощта на слънчевата енергия не само могат да се произвеждат алуминиеви и силициеви прахове от лунни минерали, но могат да се използват и водород и кислород от лунен лед. След това водородът може да се използва за превръщане на лунен прах, който е с високо съдържание на желязо и титан, за производство на вода и железен прах. Минералните прахове и кислородът от водния лед могат да се използват като гориво за ракети или наземен транспорт, а водният страничен продукт може да се използва и като питейна вода.

Впечатленията на художника от сценария за изследване на Луната. Кредит: ESA-ATG

Този процес може да звучи като научна фантастика сега, но използването на желязо като източник на гориво на Земята започна като идея само преди десетилетие. Общността на минералните горива сега се простира до стотици учени и инженери по целия свят и е водеща технология за въглеродно неутрални алтернативни горива. В недалечното бъдеще може да напълните колата или дома си с желязо!

Минералите могат да бъдат произведени с помощта на чиста енергия, като слънчеви клетки или вятърни турбини. Електричеството се съхранява като химическа енергия в металния прах с енергийна плътност, съперничеща на тази на изкопаемите горива. Това има потенциала да намали емисиите на парникови газове в световен мащаб, но бариерата пред прилагането на тази технология е разработването на горивни системи, които могат ефективно да изгарят минерални горива, което изисква солидно разбиране на физиката на горенето. Кредит: ESA – Европейска космическа агенция