Eisenpulver besteht ersten industriellen Test als erneuerbarer Energieträger, Kohlendioxid

Einfache Frage: Was wäre, wenn wir diesen ganzen, durch fossile Brennstoffe gespeisten Klimawandel-Albtraum eindämmen und stattdessen etwas anderes als Energiequelle verbrennen könnten? Und als Bonus: Was wäre, wenn dieses etwas andere eines der häufigsten Elemente auf der Erde wäre?

Einfache Antwort: Lasst uns Eisen verbrennen.

Während das Anzünden eines Eisenbarrens wahrscheinlich mehr Mühe bereitet als es wert ist, ist feines Eisenpulver, vermischt mit Luft, leicht brennbar. Wenn Sie diese Mischung verbrennen, oxidieren Sie das Eisen. Während ein Kohlenstoffbrennstoff zu CO2 oxidiert, oxidiert ein Eisenbrennstoff zu Fe2O3, bei dem es sich lediglich um Rost handelt. Das Schöne an Rost ist, dass es sich um einen Feststoff handelt, der nach der Verbrennung eingefangen werden kann. Und das ist das einzige Nebenprodukt des gesamten Geschäfts: Das Eisenpulver geht hinein und Energie in Form von Hitze und Rostpulver kommt wieder heraus. Eisen hat eine Energiedichte von etwa 11,3 kWh/L, was besser ist als Benzin. Die spezifische Energie liegt zwar bei vergleichsweise geringen 1,4 kWh/kg, was bedeutet, dass Eisenpulver bei gegebener Energiemenge etwas weniger Platz einnimmt als Benzin, dafür aber fast zehnmal schwerer ist.

Mit anderen Worten, es ist möglicherweise nicht für den Antrieb Ihres Autos geeignet. Es wird wahrscheinlich auch Ihr Haus nicht heizen. Aber es könnte ideal für die Industrie sein, wo es gerade getestet wird.

Forscher der TU Eindhoven haben in den letzten Jahren Eisenpulver als praktischen Brennstoff entwickelt und letzten Monat in einer Brauerei in den Niederlanden ein Eisenpulver-Heizsystem installiert, das die gesamte gespeicherte Energie in Bier umwandelt. Da Strom die für viele industrielle Anwendungen (einschließlich Brauen) benötigte Wärme nicht effizient erzeugen kann, ist Eisenpulver eine praktikable CO2-freie Option, bei der nur Rost übrig bleibt.

Was passiert also mit all dem Rost? Hier wird es clever, denn Eisen ist nicht nur ein Brennstoff, der verbraucht wird, sondern ein Energiespeicher, der wieder aufgeladen werden kann. Und um es wieder aufzuladen, nehmen Sie das gesamte Fe2O3, entfernen den Sauerstoff und wandeln es wieder in Fe um, das wieder verbrannt werden kann. Das ist nicht einfach, aber ein Großteil der Energie und Arbeit, die nötig ist, um diese Os von den Fes zu lösen, wird Ihnen zurückgegeben, wenn Sie das Fe das nächste Mal verbrennen. Die Idee ist, dass Sie dasselbe Bügeleisen immer wieder verwenden und es wie eine Batterie entladen und wieder aufladen können.

Die Verbrennung des Eisenpulvers ist durch das Glas im Verbrennungsrohr sichtbar.Foto: Bart van Overbeeke

Um den kohlenstofffreien Charakter des Eisenbrennstoffs aufrechtzuerhalten, muss auch der Aufladevorgang kohlenstofffrei sein. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, mithilfe von Elektrizität Rost wieder in Eisen umzuwandeln, und ein Konsortium unter der Leitung von TU/e-Forschern erforscht drei verschiedene Technologien, die auf der Reduktion von heißem Wasserstoff (die Eisenoxid und Wasserstoff in Eisen und Wasser umwandelt) basieren Sie haben uns in einer E-Mail beschrieben:

Sowohl die Produktion des Wasserstoffs als auch die für den Betrieb des Ofens oder der Reaktoren erforderliche Wärme erfordern natürlich Energie, aber es ist Netzenergie, die aus erneuerbaren Quellen stammen kann.

Wenn für die Erneuerung des Eisenbrennstoffs Wasserstoff erforderlich ist, stellt sich natürlich die Frage, warum man Wasserstoff nicht gleich als kohlenstofffreien Brennstoff nutzen sollte. Das Problem mit Wasserstoff besteht darin, dass es als Energiespeichermedium äußerst nervig ist, damit umzugehen, da die Speicherung brauchbarer Mengen davon im Allgemeinen mit hohem Druck und extremer Kälte verbunden ist. In einer lokalen industriellen Umgebung (wie Sie es in Ihrer Rostreduzierungsanlage tun würden) ist das kein so großes Problem, aber wenn Sie erst einmal versuchen, es zu verteilen, wird es zu echten Kopfschmerzen. Eisenpulver hingegen ist sicher zu handhaben, unbegrenzt lagerfähig und kann problemlos mit vorhandenen Massengutfrachtern wie der Schiene transportiert werden.

Aus diesem Grund scheint seine Zukunft in Anwendungen zu liegen, bei denen das Gewicht keine primäre Rolle spielt und die Entfernung von Rost möglich ist. Zusätzlich zur industriellen Wärmeerzeugung (zu der schließlich auch die Umrüstung von Kohlekraftwerken auf die Verbrennung von Eisenpulver gehören wird) untersuchen die TU/e-Forscher, ob Eisenpulver als Treibstoff für große Frachtschiffe verwendet werden könnte, die außerordentlich schmutzige Kohlenstoffemissionen verursachen die auch dafür ausgelegt sind, viel Gewicht zu tragen.

Philip de Goey, Professor für Verbrennungstechnik an der TU/e, sagte uns, dass er hofft, innerhalb der nächsten vier Jahre 10-MW-Hochtemperatur-Eisenpulver-Wärmesysteme für die Industrie einsetzen zu können, davon 10 Jahre bis zum ersten Kohlekraftwerk Konvertierung. Es gebe immer noch Herausforderungen, sagt uns de Goey: „Die Technologie muss verfeinert und weiterentwickelt werden, der Markt für Metallpulver muss vergrößert werden und Metallpulver müssen Teil des zukünftigen Energiesystems sein und als sichere und saubere Alternative angesehen werden.“ De Goey ist der Ansicht, dass Eisenpulver eine wichtige, aber begrenzte Rolle bei der Energiespeicherung, dem Transport und der Produktion spielt und andere kohlenstofffreie Quellen wie Wasserstoff ergänzt. Für eine CO2-freie Energiezukunft, sagt de Goey, „gibt es keinen Gewinner oder Verlierer – wir brauchen sie alle.“