Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) предполагают, что железо может служить эффективным материалом для хранения химической энергии.

Команда изучила углеродно-нейтральный циклический процесс, в котором железный порошок служит переносимым носителем энергии.

Будь то улавливание ветра у прибрежных берегов или солнечной энергии в бескрайних пустынях, железо может стать мобильным носителем энергии, обеспечивающим глобальный доступ к этим возобновляемым источникам.

«Этот процесс работает по циклу, при котором не выделяется углекислый газ или другие вредные для окружающей среды вещества», — говорит Джулия Шулер из Института промышленного производства (IIP) при Технологическом институте Карлсруэ.

Железный энергетический контур

Одна из проблем чистой энергетики — транспортировка и хранение больших объемов солнечной и ветровой энергии на больших расстояниях. Водород долгое время считался решением этой проблемы. Но он оказался крайне непрактичным из-за сложности обращения с ним и необходимости в дорогостоящей инфраструктуре.

Согласно новому исследованию, измельченный железный порошок может служить высокоэффективным материалом для хранения чистой энергии, пригодным для вторичной переработки.

Этот циклический процесс позволяет создать высокостабильный накопитель путем сжигания железного порошка для выработки электроэнергии, а затем с помощью возобновляемых источников энергии преобразовать образовавшуюся ржавчину обратно в железо.

Эта концепция основана на удивительно простом химическом цикле. При сгорании железного порошка выделяется сильное тепло, и он превращается в оксид железа. Другими словами, он ржавеет. Чтобы вернуть его в исходное состояние, ученые используют «зеленый» водород, полученный из избытка возобновляемой энергии, для удаления кислорода, восстанавливая ржавчину до чистого железного порошка. При этом в атмосферу не попадает углекислый газ. Цикл просто повторяется. 

Что делает железо особенно разрушительным, так это его поведение в печи.

«При сжигании железный порошок ведет себя почти так же, как уголь», — объяснил Шулер из Института промышленного производства KIT.

Поскольку он горит так же, как ископаемое топливо, энергетическим гигантам не придется перестраивать свою инфраструктуру с нуля. Инженерам нужно будет лишь модифицировать теплогенератор на существующих угольных электростанциях.

Уже установленные дорогостоящие компоненты, такие как паровые циклы, массивные турбины, мощные генераторы и локальные сетевые подключения, могут быть полностью сохранены.

Поддержка хранения водорода

Используя передовую модель энергосистемы под названием PERSEUS, команда KIT смоделировала оптимальную эволюцию европейской энергосистемы до 2050 года. Предложенная система была сопоставлена с системой хранения водорода.

Результаты показывают, что железо не уничтожит водородную экономику, а, наоборот, поможет ей выжить.

Хотя газообразный водород лучше всего подходит для быстродействующих электростанций и локальных сетей, его транспортировка по трубопроводам высокого давления и в глубоких пещерах делает глобальную транспортировку крайне сложной и опасной. В то же время железный порошок является исключительно безопасной и удобной в транспортировке альтернативой для долгосрочного сезонного хранения. Для его глобального распространения требуются только стандартные склады и транспортные контейнеры.

Железный порошок настолько плотный и стабильный, что его можно насыпать в стандартные грузовые суда и перевозить по всему миру практически без вложений в инфраструктуру.

Эта стратегия может стать спасением для таких стран, как Германия. С помощью железа можно будет восполнять сезонные энергетические дефициты. Когда ветер стихает и солнце не светит неделями, на помощь могут прийти модернизированные железные электростанции.

Это обнадеживающий экономический сигнал. Во всех сценариях, смоделированных исследователями, угольная энергетика оказалась важнейшим компонентом самого дешевого пути к климатической нейтральности.