Budeme v tepelných elektrárňach namiesto uhlia spaľovať železo?

Ak sa pokúsite spáliť kovový ingot železa, budete musieť dlho čakať. No ak ho rozomeliete na prášok, ľahko vzplanie. Takto fungujú prskavky: horiaci kovový prach prejavujúci sa svetlom a teplom. Kanadskí a holandskí výskumníci v nových experimentoch, vykonávaných na raketách v mikrogravitácii, hľadajú spôsoby, ako zvýšiť účinnosť spaľovania železa s cieľom premeniť tento hojný materiál (štvrtý najrozšírenejší v zemskej kôre, tvoriaci približne 5 % jej hmotnosti) na alternatívny zdroj energie. 

Železo je hojne dostupné a lacné. A čo je dôležitejšie, vedľajším produktom spaľovania železa je hrdza (oxid železitý), pevný materiál, ktorý sa dá ľahko zbierať a recyklovať.  Pri spaľovaní železa ani pri spätnej premene jeho oxidu nevzniká žiadny uhlík. Železo má vysokú hustotu energie: na výrobu rovnakého množstva energie potrebujete takmer rovnaký objem ako v prípade benzínu. Má však slabú špecifickú energiu: na výrobu rovnakého množstva energie je oveľa ťažšie ako benzín. Preto je jeho hmotnosť v mnohých prípadoch neprijateľná. Spaľovanie železa na prevádzku auta nie je veľmi praktické, ak palivo zo železa má rovnakú hmotnosť ako samotné auto.

V práškovej forme je však železo perspektívnejšie ako vysokohustotný nosič energie alebo na systém skladovania. Pece na spaľovanie železa by mohli poskytovať priame teplo pre priemysel, vykurovanie domácností alebo na výrobu elektrickej energie. Navyše oxid železitý je potenciálne obnoviteľný tým, že reaguje s elektrickou energiou alebo vodíkom a opäť sa stáva železom (pokiaľ máte zdroj čistej elektrickej energie alebo ekologického vodíka). Keď je k dispozícii prebytok elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov, ako je napríklad slnečná a veterná energia, hrdza by sa mohla premeniť späť na železný prášok a potom v prípade potreby spáliť, aby sa táto energia opäť uvoľnila.

Tieto metódy recyklácie hrdze sú však v súčasnosti veľmi energeticky náročné a neefektívne, takže zlepšenie účinnosti samotného spaľovania železa môže byť rozhodujúce pre realizáciu takéhoto cirkulárneho systému. Práškové častice majú vysoký pomer povrchu k objemu, čo znamená, že je ľahšie ich zapáliť. To platí aj pre kovy. Za správnych okolností môže práškové železo horieť spôsobom známym ako diskrétne horenie. V najideálnejšej forme plameň úplne spotrebuje jednu časticu predtým, ako teplo, ktoré z nej vyžaruje, zapáli ostatné častice v jej blízkosti. Skúmaním tohto procesu môžu výskumníci lepšie pochopiť a modelovať spôsob horenia železa, čo im umožní navrhnúť lepšie pece na spaľovanie železa.

No diskrétne spaľovanie je na Zemi ťažké dosiahnuť, vyžaduje si totiž špecifickú hustotu častíc a koncentráciu kyslíka. Keď sú častice príliš blízko a zhutnené, oheň preskočí na susedné častice skôr, ako časticu úplne pohltí, čo vedie k chaotickejšiemu a menej kontrolovanému horeniu. V súčasnosti nie je dostatočne známa rýchlosť, akou horia častice práškového železa, ani to, ako uvoľňujú teplo za rôznych podmienok. To bráni vývoju technológií na efektívne využívanie železa ako paliva vo veľkom rozsahu. Európska vesmírna agentúra (ESA) v apríli vypustila suborbitálnu raketu s tromi experimentálnymi zariadeniami. Keď raketa sledovala svoju parabolickú trajektóriu cez atmosféru, zariadenia sa na niekoľko minút ocitli vo voľnom páde, čím sa simulovala mikrogravitácia.

Jeden z experimentov na tejto misii skúmal, ako horí železný prášok pri absencii gravitácie. V mikrogravitácii sa častice vznášajú v rovnomernejšie rozloženom oblaku. To umožňuje výskumníkom modelovať prúdenie železných častíc a to, ako sa plameň šíri cez oblak železných častíc pri rôznych koncentráciách kyslíka. Poznatky o tom, ako sa plameň šíri cez železný prášok za rôznych podmienok, by mohli pomôcť navrhnúť oveľa účinnejšie pece na spaľovanie železa. Rôzne odvetvia hľadajú spôsoby, ako začleniť železné palivá do svojich procesov. Najmä by mohlo slúžiť ako čistejší spôsob dodávania priemyselného tepla spaľovaním železa na ohrev vody.

Napríklad holandský pivovar Swinkels Family Brewers v spolupráci s Technickou univerzitou v Eindhovene prešiel na železné palivo ako zdroj tepla na napájanie svojho pivovarníckeho procesu. Keďže výskumníci naďalej zvyšujú účinnosť spaľovania železa, jeho použiteľnosť sa rozšíri. Je však na tento prechod vytvorená infraštruktúra? Prechod z fosílnych palív na železo uľahčuje skutočnosť, že ideálna teplota na spaľovanie železa je podobná ako pri uhľovodíkoch. Existujúce elektrárne na fosílne palivá by sa teda potenciálne mohli modernizovať na spaľovanie železa.

Zdroj: freethink.com.