Possiamo bruciare metalli per produrre calore invece che combustibili fossili?

Aug 15, 2023

Prova a bruciare un lingotto di ferro e dovrai aspettare molto tempo, ma macinalo in polvere e prenderà facilmente fuoco. È così che funzionano le stelle filanti: polvere di metallo che brucia in uno splendido spettacolo di luce e calore. Ma potremmo bruciare il ferro per qualcosa di più che per divertimento? Potrebbe questo semplice materiale diventare un combustibile economico, pulito e privo di carbonio?

In nuovi esperimenti – condotti su razzi, in condizioni di microgravità – ricercatori canadesi e olandesi stanno cercando modi per aumentare l’efficienza della combustione del ferro, con l’obiettivo di trasformare questo materiale abbondante – il quarto più comune nella crosta terrestre, circa il 5% della crosta terrestre. la sua massa – in una fonte di energia alternativa.

Ferro come combustibile: Il ferro è abbondantemente disponibile ed economico. Ancora più importante, il sottoprodotto della combustione del ferro è la ruggine (ossido di ferro), un materiale solido facile da raccogliere e riciclare. Né la combustione del ferro né la riconversione del suo ossido producono carbonio nel processo.

Il ferro ha un'elevata densità energetica: richiede quasi lo stesso volume della benzina per produrre la stessa quantità di energia. Il ferro però ha una scarsa energia specifica: è molto più pesante del gas per produrre la stessa quantità di energia. (Pensa di prendere una brocca di benzina e poi immagina di provare a raccogliere un pezzo di ferro di dimensioni simili.) Pertanto, il suo peso è proibitivo per molte applicazioni. Bruciare il ferro per far funzionare un'auto non è molto pratico se il combustibile ferroso pesa quanto l'auto stessa.

Né la combustione del ferro né la riconversione del suo ossido producono carbonio nel processo.

Nella sua forma in polvere, tuttavia, il ferro offre più promesse come vettore energetico o sistema di stoccaggio ad alta densità. Le fornaci per la combustione del ferro potrebbero fornire calore diretto per l’industria, il riscaldamento domestico o per generare elettricità.

Inoltre, l’ossido di ferro è potenzialmente rinnovabile reagendo con l’elettricità o l’idrogeno per diventare nuovamente ferro (a condizione che si disponga di una fonte di elettricità pulita o idrogeno verde). Quando c’è un eccesso di elettricità disponibile da fonti rinnovabili come quella solare ed eolica, ad esempio, la ruggine potrebbe essere riconvertita in polvere di ferro e poi bruciata su richiesta per rilasciare nuovamente quell’energia.

Tuttavia, questi metodi di riciclaggio della ruggine sono attualmente ad alta intensità energetica e inefficienti, quindi miglioramenti all’efficienza della combustione del ferro stesso potrebbero essere cruciali per rendere praticabile un sistema circolare di questo tipo.

La scienza della combustione discreta: Le particelle in polvere hanno un elevato rapporto superficie/volume, il che significa che è più facile accenderle. Questo vale anche per i metalli.

Nelle giuste circostanze, il ferro in polvere può bruciare in un modo noto come combustione discreta. Nella sua forma ideale, la fiamma consuma completamente una particella prima che il calore che irradia da essa bruci altre particelle nelle sue vicinanze. Studiando questo processo, i ricercatori possono comprendere e modellare meglio il modo in cui il ferro brucia, consentendo loro di progettare migliori forni per la combustione del ferro.

Attualmente, la velocità con cui le particelle di ferro in polvere bruciano o il modo in cui rilasciano calore in diverse condizioni è poco conosciuta.

La combustione discreta è difficile da ottenere sulla Terra. Una combustione discreta e perfetta richiede una densità di particelle e una concentrazione di ossigeno specifiche. Quando le particelle sono troppo vicine e compattate, il fuoco salta alle particelle vicine prima di consumare completamente una particella, determinando una combustione più caotica e meno controllata.

Attualmente, la velocità con cui le particelle di ferro in polvere bruciano o il modo in cui rilasciano calore in diverse condizioni è poco conosciuta. Ciò ostacola lo sviluppo di tecnologie per utilizzare in modo efficiente il ferro come combustibile su larga scala.

Bruciare il metallo in microgravità: Ad aprile, l’Agenzia spaziale europea (ESA) ha lanciato un razzo “sondante” suborbitale, trasportando tre configurazioni sperimentali. Mentre il razzo tracciava la sua traiettoria parabolica attraverso l'atmosfera, gli esperimenti sono rimasti per alcuni minuti in caduta libera, simulando la microgravità.

Uno degli esperimenti di questa missione ha studiato come la polvere di ferro brucia in assenza di gravità.