Какво би било, ако успеем да обуздаем целия този излязъл от контрол процес на промяна на климата, свързана с използването на изкопаемо гориво, и вместо него да започне да се използва нещо друго в качеството на източник на енергия? И още, какво би ни дало това, че това става дума за един от най-разпространените химически елементи на Земята?
Отговорът е съвсем лесен: да започнем да изгаряме желязо
Разбира се, няма особен смисъл в изгарянето на желязно кюлче, понеже ще се изразходва много повече енергия отколкото ще се получи. Но прахообразното желязо, смесено с въздух се възпламенява доста лесно. При процеса на изгаряне на тази смес протича реакция на окисление. Докато въглеродното гориво се окислява до CO2, който всъщност е добре познатият ни въглероден диоксид, желязното гориво се окислява до Fe2O3. Формулата може да изглежда сложна, но това всъщност е една обикновена ръжда – тоест, железен оксид.
Ръждата е интересна с това, че е твърдо вещество, което може да бъде лесно събирано след неговото изгаряне. Това не е единственият страничен продукт, който се получава при целия този процес – на входа подаваме железен прах и въздух, а на изхода получаваме топлина и ражда – също на прах. Плътността на енергията на желязото достига около 11,3 киловатчаса на литър и е по-висока от тази на бензина. Но неговата специфична енергия има сравнително невисокия показател от 1,4 киловатчаса на килограм, а това означава че за получаването на едно и също количество енергия железният прах заема много по-малко място в сравнение с бензина, но е почти десет пъти по-тежък.
С други думи, едва ли скоро ще видим автомобили, които използват железен прах като гориво. Той не е особено подходящ и за отопляване на зданията. Но може да бъде идеален за някои области на промишлеността, в които вече започна неговото тестване.
Специалистите от техническия университет на Айндховен през последните няколко години пълноценно използват железен прах в качеството на гориво, а миналия месец изградиха в един от големите пивоварни заводи на Нидерландия система за нагряване с помощта на железен прах, който отдава цялата си натрупана енергия на бирата. Тъй като производството на топлина с помощта на електрическа енергия не е ефективно в редица промишлени области, включително и в пивоварната, железният прах е един много добър вариант с нулево изхвърляне на въглеродни съединения, след използването на който остава само ръжда.
Но какво да правим с тази ръжда? Тук нещата не са така лесни, понеже желязото може да се използва не само за акумулиране на енергия, но това е и един пълноценен възобновяем енергиен източник. Ръждата може да се „презареди“ като и се отнема кислорода, след което тя отново се превръща в желязо. Това не е лесно да се направи, но по-голямата част от енергията и усилията, необходими за откъсването на кислорода от желязото, се възвръщат когато желязото бъде изгорено следващия път. Получава се своеобразен акумулатор, в който едно и също желязо може да се използва отново и отново.
За да се осигури безвъглеродното използване на желязното гориво, процесът на „презареждане“ също трябва да бъде въглеродно неутрален. Има най-различни начини за използване на електричество за превръщане на ръждата обратно в желязо. Консорциумът, който се ръководи от тези учени на университета в Айндховен, предлагат три различни технологии с използването на горещ водород, който превръща железния оксид в желязо и вода. Ето кои са тези три технологии:
- Конвейерна фурна: С помощта на обикновена транспортна лента железният оксид се транспортира в печка, в която се добавя водород при температура 800-1000 °C. Железният оксид все преобразува в желязо, което се слепва заради високата температура и образува метален слой. След това от това желязо трябва да бъде направен железен прах.
- Реактор с кипящ слой: Той е обикновен химически реактор, но неговото използване за възстановяване на железния оксид с помощта на водород е нов. В реактора с кипящ слой реакцията протича при по-ниски температури – около 600 °C и по този начин се избягва слепването на желязото, но самият процес отнема повече време.
- Реактор с увеличен поток: този тип реактори обикновено се използват за много бързо производство на чугун. При този метод реакцията се осъществява при високи температури – 1100-1400 °C чрез подухване на железния оксид с потоци от водород в специална реакционна камера. По този начин напълно се избягва слепването на желязото и това може да се окаже най-доброто решение, но засега това е нова технология, която тепърва предстои да бъде тествана.
Разбира се, за производство на водород и за получаването на тези високи температури е необходима енергия, но тя може да бъде получавана от възобновяеми източници.
Но щом за „презареждането“ на това „желязно гориво“ е необходим водород възниква очевидния въпрос защо директно да не се използва водород в качеството на гориво с нулево съдържание на въглерод? Проблемът с водорода е в това, че е твърде сложно той да бъде използван като носител на енергия. За неговото съхранение са необходими бутилки и резервоари с много високо налягане, а самият той при смесване с кислород образува изключително опасен гърмящ газ.
От друга страна, железният прах е безопасен за използване, може да се съхранява неограничено време, и лесно може да се транспортира с помощта на стандартните вагони на влаковете композиции, с които се превозват насипни товари. Ето защо този нов тип гориво има бъдеще в тези сектори, където теглото няма голямо значение и където е възможно лесно да се събира получената ръжда.
Освен за промишлено производство на топлина, което в крайна сметка ще наложи модернизация на въглищните електростанции за изгаряне на железен прах, изследователите от университета на Айндховен проучват дали е възможно използването на железния прах като гориво за големите транспортни съдове, които от една страна изхвърлят изключително много въглеродни емисии в атмосферата, а от друга – не са особено чувствителни към тежестта на горивото.
Филип де Гуи, професор по технологиите на изгаряне също от университета на Айндховен заяви, че се надява през следващите 4 години да бъдат изградени високотемпературни топлинни системи с железен прах с мощност от около 10 мегавата, които ще се използват в промишлеността. А след около 10 години се планира преоборудването на първата въглищна електроцентрала, която ще започне да работи с помощта на новото гориво.