Hierro para almacenamiento de energía
En el futuro, el metal podría almacenar energía de fuentes renovables, por ejemplo, para el transporte.
15 de diciembre de 2022
La obtención de energía sostenible a partir del viento, la energía solar y el agua es comúnmente conocida y aplicada. Sin embargo, las fuentes renovables dependen de las condiciones ambientales: en las horas pico de viento y sol, se produce un exceso de energía que se necesita en épocas de menos viento y sol. Pero, ¿cómo almacenar y transportar este exceso de energía de manera eficiente? Hasta ahora, no se ha encontrado una forma confiable, segura y barata de almacenar una gran cantidad de energía en un contenedor de pequeño volumen. Ahora, científicos del Max-Planck-Institut für Eisenforschung y la Universidad Tecnológica de Eindhoven analizaron cómo se pueden usar los metales, particularmente el hierro, para el almacenamiento de energía y qué parámetros determinan la eficiencia del almacenamiento y la reutilización. Publicaron sus hallazgos recientes en la revista Acta Materialia.
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"Almacenar energía en metales y quemarlos para liberar la energía cuando sea necesario es un método ya aplicado en la tecnología aeroespacial. Nuestro objetivo era comprender qué sucede exactamente a micro y nanoescala durante la reducción y combustión del hierro y cómo la evolución de la microestructura influye en la eficiencia del proceso. Además, queríamos encontrar cómo hacer que este proceso fuera circular sin pérdidas de material y cómo mantener las pérdidas energéticas lo más bajas posible", explica Laurine Choisez, quien recientemente terminó su investigación postdoctoral en el Max-Planck-Institut für EIsenforschung y quien es la primera autora de la publicación. Cuando los minerales de hierro se reducen a hierro, una gran cantidad de energía se almacena naturalmente en el hierro reducido. La idea es obtener esta energía del hierro siempre que sea necesario oxidando el hierro de nuevo a óxido de hierro. En tiempos de exceso de energía del viento, el sol o el agua, este mineral de hierro podría reducirse nuevamente a hierro y la energía almacenada. Los científicos hablan de combustión cuando describen la quema, es decir, la oxidación, del hierro de nuevo al mineral de hierro. Choisez y sus colegas del Max-Planck-Institut für Eisenforschung se centraron en la caracterización de los polvos de hierro después de la reducción y combustión utilizando microscopía avanzada y métodos de simulación para analizar la pureza del polvo, la morfología, la porosidad y la termodinámica del proceso de combustión. La microestructura obtenida de los polvos de hierro quemados es decisiva para la eficiencia del siguiente proceso de reducción, y para determinar si el proceso de reducción y combustión es completamente circular, lo que significa que no se debe agregar energía o material adicional.
Ampliación para uso industrial
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Los científicos presentan dos vías de combustión, una apoyada por una llama piloto de propano y otra autosostenida en la que el único combustible utilizado es el polvo de hierro, y muestran cómo la vía de combustión influye en la microestructura del hierro quemado. "Actualmente estamos ampliando los pasos de reducción y combustión a un nivel industrial relevante para determinar los parámetros exactos como la temperatura y el tamaño de partícula, que son necesarios", explica Niek E. van Rooij, investigador doctoral en el grupo de Tecnología de Combustión de la Universidad Tecnológica de Eindhoven y coautor de la publicación. El estudio reciente mostró que el uso de metales para almacenar energía es factible. Los estudios futuros analizarán ahora cómo aumentar la circularidad del proceso, ya que el tamaño de algunas partículas quemadas disminuye en comparación con su tamaño original debido a la evaporación parcial del hierro, microexplosiones y / o fractura de algunas partículas de óxido de hierro.
