Ученые из германского Института исследований стали Общества им. Макса Планка (MPIE) в Дюссельдорфе и нидерландского Технического университета Эйндховена (TU/e) исследовали новые методы, которыми металлы (в частности, железо) можно использовать для хранения энергии. Об этом сообщает портал Nanowerk. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Получение экологически чистой энергии из ветра, солнца и воды широко известно и применяется. Однако все эти возобновляемые источники зависят от условий окружающей среды: в часы пик ветра и солнца производится избыточная энергия, необходимая в периоды меньшего ветра и солнца.
Но до сих пор не найдено надежного, безопасного и дешевого способа хранения большого количества этой избыточной энергии в контейнере небольшого объема. Теперь ученые из Нидерландов и Германии смогли установить, какие параметры определяют эффективность хранения и повторного использования энергии.
«Хранение энергии в металлах и их сжигание для высвобождения энергии, когда это необходимо, – это метод, уже применяемый в аэрокосмической технике. Нашей целью было понять, что именно происходит на микро- и наноуровне во время восстановления и сжигания железа и как эволюция микроструктуры влияет на эффективность процесса. Кроме того, мы хотели найти способ сделать этот процесс замкнутым – без потерь энергии или материала», – объяснила д-р Лорин Шуаз, для которой это стало темой ее постдокторского исследования в MPIE.
Когда железные руды восстанавливаются до железа, в полученном железе естественным образом накапливается много энергии. Идея состоит в том, чтобы получать эту энергию из железа всякий раз, когда это необходимо, путем окисления железа обратно в оксид. Таким образом, в периоды избытка энергии от ветра, солнца или воды эту железную руду можно снова превращать в железо и тем самым сохранять энергию.
Ученые при этом имеют в виду «сжигание», то есть окисление, железа обратно в железную руду. В экспериментах это осуществлялось с помощью обычной горелки.
Шуаз и ее коллеги из MPIE сосредоточились на характеристике порошков железа после восстановления и сжигания с использованием передовых методов микроскопии и моделирования для анализа чистоты порошка, морфологии, пористости и термодинамики процесса горения.
Полученная микроструктура сожженных железных порошков имеет решающее значение для эффективности последующего процесса восстановления, а также для определения того, является ли процесс восстановления и сжигания полностью циклическим, что означает отсутствие необходимости добавления дополнительных энергии или материалов.
Ученые проанализировали в своем исследовании два пути горения, один из которых поддерживается пламенем пропана, а другой – самоподдерживающийся, в котором единственным используемым топливом является сам железный порошок, и показали, как эти способы горения влияют на микроструктуру сгоревшего железа.
«В настоящее время мы расширяем этапы восстановления и сжигания до промышленного уровня, определяя точные параметры, такие как температура и размер частиц, которые необходимы», – пояснил Ник Э. ван Ройдж, докторант группы технологий горения TU/e.
Последние итоги этих исследований показали, что использование металлов для хранения энергии – принципиально возможно. Будущие исследования предполагают проанализировать, как увеличить цикличность процесса, поскольку размер некоторых сгоревших частиц уменьшается по сравнению с их первоначальным размером из-за частичного испарения железа, микровзрывов и/или разрушения некоторых частиц оксида железа.