Una nuova età del ferro: combustibile metallico per il carbonio

May 12, 2023

Dall'Agenzia spaziale europea (ESA)4 giugno 2023

Gli scienziati hanno condotto ricerche sulla combustione discreta, una forma di fuoco che salta da una fonte di combustibile all’altra, utilizzando polvere di ferro a gravità zero. Il prodotto che rimane dopo la combustione è l'ossido di ferro, una sostanza che non produce anidride carbonica e può essere riciclata all'infinito. A seguito di questi esperimenti sulla microgravità, sono stati sviluppati efficienti forni per la combustione del ferro, che hanno portato alla creazione di un accumulo di energia circolare e privo di carbonio. Un impianto dimostrativo è operativo nei Paesi Bassi e diverse start-up stanno esplorando questo combustibile privo di emissioni di carbonio per fabbriche e processi industriali. Guardando al futuro, questo combustibile metallico potrebbe essere utilizzato anche per avamposti lunari sostenibili, utilizzando potenzialmente minerali lunari e ghiaccio per produrre polveri metalliche per la propulsione e acqua per il consumo. Credito: ferro+

I ricercatori hanno utilizzato esperimenti di microgravità per studiare la combustione discreta della polvere di ferro, portando ad uno stoccaggio di energia privo di carbonio e riciclabile all’infinito. Ciò ha applicazioni promettenti sulla Terra e per futuri avamposti lunari sostenibili.

Tutto brucia. Dato il giusto ambiente, tutta la materia può bruciare aggiungendo ossigeno, ma trovare la giusta miscela e generare abbastanza calore fa sì che alcuni materiali brucino più facilmente di altri. I ricercatori interessati a saperne di più su un tipo di incendio chiamato combustione discreta hanno utilizzato le strutture sperimentali in microgravità dell'ESA per indagare.

In una serie di voli parabolici e su razzi sonda lanciati dalla Svezia, un team del professor Jeffrey Bergthorson della McGill University in Canada e dell'Università di Tecnologia di Eindhoven nei Paesi Bassi ha studiato la combustione della polvere di ferro a gravità zero. La loro ricerca era di fisica pura, gli scienziati volevano saperne di più sulla combustione discreta in cui le fiamme non bruciano continuamente attraverso il carburante ma saltano da una fonte di carburante all'altra. Questa forma di fuoco difficilmente si verifica in natura sulla Terra, ma un esempio è un incendio boschivo in cui un albero brucia completamente e il fuoco passa all'albero successivo quando la temperatura aumenta abbastanza per la combustione.

Questo video ipnotico di combustione discreta è stato registrato durante un esperimento di volo parabolico a bordo dell'aereo Falcon-20 del Centro nazionale di ricerca canadese che offre ai ricercatori fino a diciotto secondi di preziosa gravità zero. Credito: squadra di Perwaves

La combustione della polvere di ferro negli esperimenti su aerei a gravità zero e nei voli missilistici ha permesso alle particelle di ferro di galleggiare e accendersi discretamente. Le telecamere ad alta velocità hanno catturato lo spettacolo e hanno permesso ai ricercatori di comprendere meglio il fenomeno, ottenendo modelli computerizzati che mostravano le condizioni ideali per bruciare il carburante sulla Terra.

Sapevi che il ferro può bruciare? La combustione della polvere di ferro qui osservata avviene in modo completamente privo di fumo e di carbonio. Crediti: TU/e ​​/ Solid / Bart van Overbeeke

Con le nuove conoscenze rese possibili dalla ricerca sulla microgravità, è diventato possibile costruire forni per la combustione del ferro efficienti e pratici.

Il vantaggio di bruciare il ferro è dovuto alla chimica. In sostanza, la combustione del carburante è il processo di trasformazione di un materiale aggiungendo atomi di ossigeno. Questo è il motivo per cui il carburante a base di carbonio produce il gas serra anidride carbonica quando due atomi di ossigeno vengono aggiunti al carburante a base di carbonio come legno, carbone o petrolio. Nel ferro, il prodotto che rimane dopo la combustione è l'ossido di ferro, più comunemente noto come ruggine. Non viene prodotta anidride carbonica e il ferro arrugginito può essere facilmente raccolto poiché non forma gas: il ferro che brucia non emette alcun gas nocivo.

La ruggine del ferro può anche essere lavorata per rimuovere l'ossigeno e restituirlo come ferro utilizzando l'idrogeno. Utilizzando l’elettricità proveniente da fonti sostenibili, il ferro come combustibile può diventare un accumulatore di energia circolare e riciclabile all’infinito.

Un impianto dimostrativo è già attivo e funzionante a Budel, vicino a Eindhoven, nei Paesi Bassi, e utilizza il ferro come fonte di combustibile. Questo generatore può produrre 1 MW di vapore in un'unità situata in un magazzino. Una centrale elettrica di questo tipo, potenziata, potrebbe produrre molta più energia.