IJzer zou als energieopslagmedium aanvullend aan waterstof kunnen worden gebruikt in oude kolencentrales (afb: Julia Schuler et al./Chem Circularity)
IJzer zou in de toekomst kunnen dienen als chemisch energieopslagmedium, waardoor grote hoeveelheden hernieuwbare energie op de lange termijn beschikbaar komen. IJzerpoeder wordt verbrand (verroest) in een gesloten, CO2-neutraal proces en vervolgens met behulp van energie teruggebracht naar de oorspronkelijke staat. Onderzoekersters van het technologische instituut Karlsruhe (KIT) hebben een studie uitgevoerd naar de mogelijkheden van deze technologie voor de energievoorziening. IJzer vervangt waterstof niet, maar kan die energiebron effectief aanvullen in een klimaatneutraal energiesysteem, stellen de KIT-onderzoekersters. Gepubliceerd in Chem Circularity. ()
Of het nu gaat om windenergie uit kustgebieden of zonne-energie uit woestijngebieden, ijzer zou kunnen dienen als veilig vervoerbare energiedrager om deze hernieuwbare energiebronnen wereldwijd beschikbaar te maken. “Dat werkt in een gesloten kringloop zonder CO2-uitstoot of milieuschadelijke stoffen”, zegt hoofdauteur Julia Schuler.
Om energie op te wekken, wordt ijzerpoeder verbrand. Dan krijg je ijzeroxide, oftewel roest. De roest wordt vervolgens met behulp van zogenaamd ‘groene’ waterstof weer tot ijzer gereduceerd, waarbij de zuurstof wordt verwijderd. Het ijzerpoeder is geschikt voor hergebruik. Schuler: “IJzerpoeder gedraagt zich bij verbranding zeer vergelijkbaar met steenkool. Daarom wordt er onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om bestaande kolencentrales om te bouwen naar ijzerverbranding.”. Aanpassingen zouden voornamelijk nodig zijn in de warmtegenerator. Andere onderdelen van de energiecentrale, zoals de stoomcyclus, turbines, generator en netaansluiting, zouden in principe kunnen worden hergebruikt.
De KIT-onderzoekersters hebben nu onderzocht hoe de ijzercyclus kan worden ingezet voor elektriciteitsopwekking in een klimaatneutraal Europees energiesysteem. Hiertoe hebben ze een bestaand energiesysteemmodel (PERSEUS) uitgebreid met de mogelijkheid om kolencentrales, reductie-installaties en opslag- en transportinfrastructuur om te bouwen. Met behulp van het uitgebreide model optimaliseerden ze vervolgens de ontwikkeling van het Europese energiesysteem tot 2050. In dit proces concurreerde de ijzercyclus met andere technologieën zoals batterijen, waterstofopslag en waterstofcentrales.
Aanvullend
De resultaten laten zien dat ijzer de op waterstof gebaseerde energieproductie niet vervangt, maar deze wel effectief kan aanvullen in een klimaatneutraal energiesysteem. IJzer biedt met name voordelen als medium voor langetermijnopslag. Het poeder is relatief gemakkelijk op te slaan en te transporteren, terwijl het gebruik van waterstof een complex netwerk van pijpleidingen, importterminals en ondergrondse opslagfaciliteiten vereist.
IJzerpoeder zou ook kunnen worden gebruikt om hernieuwbare energie wereldwijd te transporteren met minder en dus goedkopere en veiliger infrastructuur. Tegelijkertijd zouden lokale reductie-installaties in Europa overtollige elektriciteit kunnen omzetten in ijzerpoeder als opslagbare energiedrager via de tussenstap van waterstofproductie.
In de simulaties bleken energiecentrales die op ijzerpoeder draaien bijzonder aantrekkelijk in landen met beperkte mogelijkheden voor waterkracht of ondergrondse waterstofopslag. In dergelijke regio’s kan ijzer helpen om tekorten in de energievoorziening op te vangen tijdens langdurige perioden van lage elektriciteitsproductie door wind- en zonne-energiecentrales.
Tegelijkertijd ontlast het de waterstofinfrastructuur, bijvoorbeeld wanneer de importcapaciteit of transportpijpleidingen hun limiet bereiken. Door de vele kolencentrales is het potentieel in Duitsland bijzonder groot. Turbines, netaansluitingen, stadsverwarmingsnetwerken en andere onderdelen van de infrastructuur zouden behouden kunnen blijven.
Veelbelovend?
De onderzoekers beschouwden het als een veelbelovend teken voor de verdere ontwikkeling van de technologie dat de op ijzerpoeder gestookte energiecentrales deel uitmaakten van een kostenminimaal energiesysteem in alle overwogen scenario’s. “IJzer zou in de toekomst een specifieke, maar economisch haalbare rol kunnen spelen bij het bereiken van klimaatneutraliteit en het betrouwbaar beschikbaar maken van hernieuwbare energiebronnen”, zegt Schuler.
Of er daadwerkelijk een nieuw ‘ijzertijdperk’ aanbreekt, hangt grotendeels af van de complexiteit van de ombouw van bestaande energiecentrales en hoe efficiënt ijzeroxide in de toekomst weer tot ijzer kan worden gereduceerd.
Bron: Alpha Galileo