پودر فلز و ذخیره انرژی صفر کربن برای آینده؟

16 سپتامبر 2022 – توسط یاسمین احمد سالم، Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

پودر آهن سوزانده شده در یک مشعل در مقیاس صنعتی، که برای استفاده از حامل انرژی پایدار استفاده می شود. اعتبار: Laurine Choisez، Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

به دست آوردن انرژی پایدار از باد، خورشید و آب معمولاً شناخته شده و کاربردی است. با این حال، منابع تجدید پذیر به شرایط محیطی بستگی دارد: در زمان اوج باد و خورشید، انرژی اضافی تولید می شود که در زمان باد و آفتاب کمتر مورد نیاز است. اما چگونه می توان این انرژی اضافی را به طور موثر ذخیره و انتقال داد؟

تاکنون هیچ راه مطمئن، ایمن و ارزانی برای ذخیره انرژی زیاد در یک ظرف با حجم کم پیدا نشده است. در حال حاضر، دانشمندان از Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) و دانشگاه فناوری آیندهوون تجزیه و تحلیل کردند که چگونه فلزات، به ویژه آهن، می توانند برای ذخیره انرژی استفاده شوند و کدام پارامترها کارایی ذخیره سازی و استفاده مجدد را تعیین می کنند. آنها یافته های اخیر خود را در مجله Acta Materialia منتشر کردند.

“ذخیره انرژی در فلزات و سوزاندن آنها برای آزاد کردن انرژی در هر زمان که نیاز باشد، روشی است که قبلاً در فناوری هوافضا استفاده می شود. هدف ما این بود که بفهمیم دقیقاً در مقیاس میکرو و نانو در طی احیاء و احتراق آهن چه اتفاقی می افتد و چگونه تکامل ریزساختار تأثیر می گذارد. علاوه بر این، ما می‌خواستیم پیدا کنیم که چگونه می‌توان این فرآیند را بدون اتلاف انرژی یا مواد دایره‌ای عمل کرد.

هنگامی که سنگ آهن به آهن تبدیل می شود، انرژی زیادی به طور طبیعی در آهن احیا شده ذخیره می شود. ایده این است که هر زمان که نیاز بود با اکسید کردن آهن به اکسید آهن، این انرژی را از آهن خارج کنیم. در زمان انرژی اضافی از باد، خورشید یا آب، این سنگ آهن می تواند دوباره به آهن تبدیل شود و انرژی ذخیره شود.

دانشمندان هنگام توصیف “سوختن” به معنای اکسیداسیون، از احتراق صحبت می کنند که آهن به سنگ آهن باز می گردد. Choisez و همکارانش در MPIE بر روی خصوصیات پودرهای آهن پس از احیا و احتراق با استفاده از میکروسکوپ پیشرفته و روش های شبیه سازی برای تجزیه و تحلیل خلوص پودر، مورفولوژی، تخلخل و ترمودینامیک فرآیند احتراق تمرکز کردند.

ریزساختار به‌دست‌آمده از پودرهای آهن احتراق برای کارایی فرآیند احیاء زیر تعیین‌کننده است، و تعیین می‌کند که آیا فرآیند احیاء و احتراق کاملاً دایره‌ای است یا خیر، به این معنی که نیازی به افزودن انرژی یا ماده اضافی نیست.

دانشمندان دو مسیر احتراق را ارائه می‌کنند که یکی توسط شعله پروپان پشتیبانی می‌شود و دیگری خودپایدار که تنها سوخت مورد استفاده در آن پودر آهن است و نشان می‌دهد که چگونه مسیر احتراق بر ریزساختار آهن احتراق تأثیر می‌گذارد.

نیک ای. ون رویج، محقق دکترا و یکی از نویسندگان نشریه در گروه فناوری احتراق دانشگاه فناوری آیندهوون توضیح می‌دهد: «ما در حال حاضر مراحل احیاء و احتراق را به سطح صنعتی مرتبط ارتقا می‌دهیم تا پارامترهای دقیقی مانند دما و اندازه ذرات مورد نیاز را تعیین کنیم.

مطالعه اخیر نشان داد که استفاده از فلزات برای ذخیره انرژی امکان پذیر است. مطالعات آینده اکنون چگونگی افزایش دایره‌ای فرآیند را تحلیل می‌کنند، زیرا اندازه برخی از ذرات احتراق در مقایسه با اندازه اصلی آنها به دلیل تبخیر جزئی آهن، انفجارهای ریز و/یا شکستگی برخی از ذرات اکسید آهن کاهش می‌یابد.