Ottenere energia sostenibile da vento, solare e acqua è comunemente noto e applicato. Tuttavia, le fonti rinnovabili dipendono dalle condizioni ambientali:nelle ore di punta del vento e del sole, viene prodotta l'energia in eccesso necessaria nei periodi di meno vento e sole. Ma come immagazzinare e trasportare questa energia in eccesso in modo efficiente?

Finora non è stato trovato alcun modo affidabile, sicuro ed economico per immagazzinare un'elevata quantità di energia in un contenitore di piccolo volume. Ora, gli scienziati del Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) e dell'Università di tecnologia di Eindhoven hanno analizzato come i metalli, in particolare il ferro, possono essere utilizzati per l'accumulo di energia e quali parametri determinano l'efficienza dello stoccaggio e del riutilizzo. Hanno pubblicato le loro recenti scoperte sulla rivista Acta Materiali .

Creare un processo circolare di riduzione e combustione

"Immagazzinare energia nei metalli e bruciarli per liberarne l'energia ogni volta che è necessario è un metodo già applicato nella tecnologia aerospaziale. Il nostro obiettivo era capire cosa accade esattamente a micro e nanoscala durante la riduzione e la combustione del ferro e come l'evoluzione della microstruttura influenzi l'efficienza del processo. Inoltre, volevamo trovare come rendere questo processo circolare senza perdite di energia o materiale", spiega la dott.ssa Laurine Choisez, che ha recentemente terminato la sua ricerca post-dottorato al MPIE e che è la prima autrice della pubblicazione.

Quando i minerali di ferro vengono ridotti a ferro, molta energia viene naturalmente immagazzinata nel ferro ridotto. L'idea è di ottenere questa energia dal ferro ogni volta che è necessario ossidando il ferro di nuovo in ossido di ferro. In tempi di eccesso di energia da vento, sole o acqua, questo minerale di ferro potrebbe essere nuovamente ridotto a ferro e l'energia immagazzinata.

Gli scienziati parlano di combustione quando descrivono la "combustione", che significa ossidazione, del ferro in minerale di ferro. Choisez e i suoi colleghi del MPIE si sono concentrati sulla caratterizzazione delle polveri di ferro dopo la riduzione e la combustione utilizzando metodi avanzati di microscopia e simulazione per analizzare la purezza, la morfologia, la porosità e la termodinamica della polvere del processo di combustione.

La microstruttura ottenuta delle polveri di ferro combusto è determinante per l'efficienza del successivo processo di riduzione e per determinare se il processo di riduzione e combustione è completamente circolare, il che significa che non è necessario aggiungere energia o materiale aggiuntivo.

Upscaling per uso industriale

Gli scienziati presentano due percorsi di combustione, uno supportato da una fiamma pilota di propano e uno autosufficiente in cui l'unico combustibile utilizzato è la polvere di ferro, e mostrano come il percorso di combustione influenzi la microstruttura del ferro combusto.

"Attualmente stiamo aumentando le fasi di riduzione e combustione a un livello rilevante per l'industria determinando i parametri esatti come la temperatura e la dimensione delle particelle, che sono necessari", spiega Niek E. van Rooij, ricercatore di dottorato nel gruppo di tecnologia di combustione dell'Università di tecnologia di Eindhoven e coautore della pubblicazione.

Il recente studio ha dimostrato che è possibile utilizzare i metalli per immagazzinare energia. Studi futuri analizzeranno ora come aumentare la circolarità del processo, poiché la dimensione di alcune particelle combuste è ridotta rispetto alla loro dimensione originale a causa della parziale evaporazione del ferro, delle microesplosioni e/o della frattura di alcune particelle di ossido di ferro. + Esplora ulteriormente

Utilizzo di metalli come carburante