金属燃烧清洁能源

需要减少我们对化石燃料的依赖从未更为紧迫。我们的能源使用负责排放超过300亿吨的二氧化碳到大气中。脱碳等能源领域的一个重要目标,世界各地的研究人员正在寻找新的方法来力量我们生活在不破坏地球。

氢燃料电池和电池可能是今天最发达和著名的替代能源运营商。但还有许多其他的想法,也可以为清洁能源经济作出贡献。一个概念,开始吸引更多的兴趣研究社区使用金属作为燃料的可能性。

燃烧的金属粉末可能看上去不太可能解决环境问题。但是科学家们寻找替代能源运营商认为它可能是一个绿色电力的某些方面我们的生活的方式。

脱碳能源

最重要的是,金属燃料无碳。当你烧铁纳米颗粒,它产生氧化铁。氧化物质可以减少回铁使用可再生电力,在理论上提供一个无碳循环。

我有时认为金属燃料固体氢,”说杰夫Bergthorson一个替代燃料实验室负责人在蒙特利尔麦吉尔大学,加拿大。在这两种情况下,如果你在一个绿色可持续的方式——你可再生能源,你用它来产生能量载体或燃料。

Bergthorson指出,由电解产生氢气时,其燃烧产物——水——提供燃料,我们可以减少燃烧(再生水过程中)。用金属燃料相同的概念,适用于铁的情况下,用户需要氧化铁和回收到铁byproduct-free循环,可以重复一遍又一遍。

”之间有一个直接模拟使用铝作为燃料和aluminium-air电池的区别——就像氢内燃机和氢燃料电池,“Bergthorson补充道。真的在所有这些情况下,我们只是谈论一种存储和运输能源化学形式。

的金属燃料可以存储和运输实际上是他们的一个主要优势。铁铲子,可以移动的卡车和船舶,它非常安全,“Bergthorson指出。非常稳定…,而且很便宜比氢需要昂贵和复杂的设备和相关的安全隐患。

Bergthorson表明,这种好处有助于金属燃料发挥重要作用作为国际能源的清洁能源大宗商品贸易。我们贸易的化石能源。这是一个正常的一部分,我们的经济,我们的经济的重要组成部分,但交易清洁能源,我们要怎么做?”他问道。现在的重点通常是氢,但我们能船吗?小姐…我认为人们的想法,当我们船铝在世界各地,我们运输能量,对吧?”

其他关键利益包括丰富的铁和铝等金属和高能量密度,包装在大量的能量体积比大多数其他能源载体。几十年来科学家们意识到这些有用的属性,但它只是在过去的几年中,使用金属作为燃料已经真正开始捕捉想象力。

喝完

铁是最常见的一种元素在地壳-有很多的它,它真的很便宜,这是你需要的能量载体,你要使用无处不在,”说Vincent van der Schaft从学生金属燃料研究小组固体,在荷兰埃因霍温科技大学。还有其他一些不错的属性,很重要的一点就是铁实际上燃烧温度的气体火焰的温度非常接近。”他解释说,这有助于避免一些困难的工程挑战,改造旧的设施或工业过程运行在一个新的燃料。

去年的一个财团涉及固体监督迄今为止最大的金属燃料示范,当他们metal-powered系统被用来帮助当地的啤酒。该项目涉及安装铁燃烧器称为MP100设施Swinkels家族旗下的啤酒。

燃烧的安装是一个非常大型工业安装长约15米。而且大部分的长度是由燃烧器管很长,”范德Schaft说。他解释说,一个气流携带铁粉进入燃烧器,燃烧。放热反应生成大量的能量,用于加热水,产生蒸汽,而氧化铁是重用的过滤掉。然后送入蒸汽啤酒厂帮助电力混合过程。

目前燃烧器并不足以完全电力设施一样大啤酒厂,但关键的项目证明金属粉末可用于这种类型的设置。MP100安装,在那里的输出功率为100千瓦,相当于一辆车,”范德Schaft说。“这是示范表明,原则上可以使用这个技术酿造过程。”

固体也希望总理今年世界上第一个iron-powered船,但认为它只是不是可行的与他们当前的燃烧器。啤酒厂的MP100不够大或一艘船,那么下一个项目是扩大,”艾伦Meijerink说,今年正坚实的团队。“我们现在正在研究一个新的安装,将200千瓦。”她解释说,固体和他们的合作者也已经开始开发计划,另一个更大的安装。

同时Meijerink说,固体也在研究其他方法从金属粉末生成清洁能源。所以我们有相同的周期从铁粉,但是我们不再燃烧,我们添加蒸汽,”她说。这创造了一个再次氧化,但是你从它,所以它实际上是创建中提取氢氢”。

独特的优势

“理想情况下,我们需要(能源运营商)具有较高的能量密度,高能源效率、低环境足迹和尽可能低的成本,但事实是我们没有这样的技术,”说魏他专家在华威大学为基础的能源系统,英国。

他指出,电池技术目前的最佳人选来满足许多市场需求,特别是在往返效率优于金属燃料——衡量电能的比例,可以恢复从一个能量载体相对于最初的电能存储在它。而锂离子电池可以达到往返效率95%金属燃料是有限的,在40%左右。这是因为只有大约一半的能量储存在一个金属燃料燃烧时可以转化为随需应变的能力,类似于当我们燃烧化石燃料能源利用水平。

然而,鉴于金属燃料的能量密度高,锂电池的10倍左右,长期稳定,他认为金属燃料在某些情况下可以发挥互补作用。他指出,风能和太阳能等可再生能源提供更多的电力,能源基础设施的需求将会改变。金属燃料可以提供一种清洁能源储存在多个位置帮助把应变时当地能源产生更少的输出——例如在风或较低的时期,高的云层。当我们进一步低碳电力系统,需要这样一个能源存储技术肯定会比现在更高,”他说。

他解释说,在一个理想世界中,强大的电力传输系统可以从位置分配电力远距离产生可再生能源。但这种系统的成本将是巨大的,总是会有一些地方用更少的清洁能源。这就是为什么第二个或替代传输系统将非常有价值,因为我们已经有了我们的道路,我们的基础设施,”他说。“如果我们可以使用现有的基础设施运输一些能源可以免费给我们的输电系统。这可能是一个低成本的解决方案。”

然而,他指出,尽管金属燃料的独特优势,它们在商业上使用的机会将取决于他们吸引多少投资,又有多少人参与开发仍然是一个非常早期的技术。

基本的问题

与他的团队领导推动金属燃料,Bergthorson特别感兴趣探索的基本原理是金属颗粒燃烧。“研究问题而言,我们有很多。你能烧金属多快?速度是至关重要的如何在发电厂稳定他们,”他解释说。“燃烧的产品是什么?他们看起来像什么?它是如何取决于你烧的条件吗?火焰的结构是什么?他们如何工作?”

从埃因霍温Bergthorson与同事的团队合作,以及空客和欧洲航天局项目叫做perwaves,金属颗粒的燃烧在微重力条件下的亚轨道飞行。

目标是保持无限期回收它们

你可以悬挂的铁粒子,一动不动坐在一个氧化气体。然后我们使用氙作为惰性气体,沉重,有一个非常低的热扩散率减慢传热,Bergthorson说。”火焰传播通过这些铁粒子,它与我们非常不同类型的行为习惯与碳氢化合物燃料——物理学是完全不同的。我们刚刚开始能够研究,并试图理解它如何影响这些火焰属性,为实际应用可能会很有趣。”

与更多的研究希望金属燃料的能源效率会增加,参与收集和再生燃料和损失最小化。一些可能仍然质疑金属燃料真的可以被认为是一个可持续的能源问题的答案——毕竟,金属仍然需要被挖出地面。但Bergthorson指出,任何替代能源系统将包括新的基础设施和材料成本。

在初始时期的金属燃料增长股票,会有一些额外的开采要求。当然,我们的目标是保持回收他们无限期,Bergthorson说。而不是使用他们一旦像我们使用化石燃料,这里我们讨论的是自行车他们到1000年,10000年,1000000次。”Bergthorson,这是关键的概念,他认为代表“零排放具潜力能源运营商提出的日期”。“你只是使用相同的铁一遍又一遍,在一个地方充电和放电别的地方。”

而金属燃料似乎是一个遥远的想法,他们已经比你可能意识到的更为常见。氢,被认为是一个最大的希望绿色能源过渡,本身可以视为一种碱性金属-研究显示在非常高的压力,氢可以承担一个金属结构。因此氢的金属燃料。所有不涉及碳可持续的选择,它们都是金属燃料。我们的电池是锂离子电池,镍氢电池,他们aluminium-air电池,他们也推动金属”,Bergthorson重申。所以金属燃料在我们周围,我们看到这些联系和认识到,他们可以在这个能量转换中扮演着重要的角色,这是紧急的。