金属粉:未来的零碳燃料?

放大字体  缩小字体 2022-09-17 12:57  浏览次数:

me<em></em>tal powder: zero-carbon fuel for the future?

从风能、太阳能和水中获取可持续能源是众所周知和普遍应用的。然而,可再生能源取决于环境条件:在风和阳光的高峰期,产生的多余的能源是风和阳光较少的时期所需要的。但是如何有效地储存和运输这些多余的能量呢?

到目前为止,还没有找到在小体积容器中储存大量能量的可靠、安全和廉价的方法。现在,来自马克斯-普朗克研究所für Eisenforschung (MPIE)和埃因霍温理工大学的科学家们分析了金属,尤其是铁,如何被用于能源储存,以及哪些参数决定了储存和再利用的效率。他们在《材料学报》上发表了他们最近的发现。

形成循环还原和燃烧过程

“将能量储存在金属中,并在需要时将其燃烧以释放能量,这种方法已经应用于航空航天技术。我们的目的是了解在铁的还原和燃烧过程中,在微观和纳米尺度上究竟发生了什么,以及微观结构的演变如何影响这一过程的效率。此外,我们想找到如何使这个过程循环而不损失能量或材料,”Laurine Choisez博士解释说,她最近完成了她在MPIE的博士后研究,也是该出版物的第一作者。

当铁矿石被还原为铁时,大量的能量自然储存在还原的铁中。我们的想法是,在需要的时候,通过将铁氧化回氧化铁来从铁中获取能量。当风、太阳或水的能量过剩时,这些铁矿石可以再次还原为铁,并将能量储存起来。

科学家们在描述铁的“燃烧”(即氧化)过程时提到了燃烧。Choisez和她在MPIE的同事们专注于还原和燃烧后铁粉的表征,使用先进的显微镜和模拟方法来分析粉末的纯度、形貌、孔隙度和燃烧过程的热力学。

得到的燃烧铁粉的微观结构决定了后续还原过程的效率,也决定了还原和燃烧过程是否完全循环,即不需要添加额外的能量或物质。

me<em></em>tal powder: zero-carbon fuel for the future?在将氧化铁还原为铁的过程中储存能量。当铁燃烧成氧化铁时,能量被释放出来。优化这一过程可以实现完全循环,从而实现可持续的能源储存。资料来源:Laurine Choisez, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

升级用于工业用途

科学家们提出了两种燃烧途径,一种是由丙烷先导火焰支持的,另一种是仅使用铁粉作为燃料的自我维持的,并展示了燃烧途径如何影响燃烧铁的微观结构。

“我们目前正在将还原和燃烧步骤提升到工业相关水平,确定所需的精确参数,如温度和颗粒大小,”Niek E. van Rooij解释说,他是埃因霍芬理工大学燃烧技术小组的博士研究员,也是该出版物的合著者。

最近的研究表明,使用金属来储存能量是可行的。由于部分铁的蒸发、微爆炸和/或一些氧化铁颗粒的断裂,一些燃烧颗粒的尺寸与原始尺寸相比变小了,未来的研究将分析如何增加过程的圆度。

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