Aug 12, 2023
Новый железный век: металлическое топливо вместо углерода
Автор: Европейское космическое агентство (ЕКА) 4 июня 2023 г. Ученые провели исследование
Европейское космическое агентство (ЕКА), 4 июня 2023 г.
Ученые провели исследование дискретного горения — формы огня, при котором происходит переход от одного источника топлива к другому, с использованием железного порошка в условиях невесомости. Оставшийся продукт после сгорания представляет собой оксид железа, вещество, которое не выделяет углекислый газ и может бесконечно перерабатываться. После этих экспериментов с микрогравитацией были разработаны эффективные печи для сжигания железа, что привело к созданию кругового безуглеродного хранилища энергии. В Нидерландах действует демонстрационная установка, и несколько стартапов изучают это безуглеродное топливо для заводов и промышленных процессов. Заглядывая в будущее, это металлическое топливо также можно будет использовать для экологически чистых лунных аванпостов, потенциально используя лунные минералы и лед для производства металлических порошков для движения и воды для потребления. 1 кредит
Исследователи использовали эксперименты по микрогравитации для изучения дискретного горения железного порошка, что приводит к безуглеродному и бесконечно перерабатываемому хранению энергии. Это имеет многообещающее применение на Земле и для будущих устойчивых лунных аванпостов.
Все горит. При наличии подходящей среды любая материя может сгореть при добавлении кислорода, но поиск правильной смеси и выделение достаточного количества тепла приводит к тому, что некоторые материалы горят легче, чем другие. Исследователи, заинтересованные в получении дополнительной информации о типе пожара, называемом дискретным горением, использовали для исследования экспериментальные установки ЕКА по микрогравитации.
В серии параболических полетов и на зондирующих ракетах, запущенных из Швеции, группа профессора Джеффри Бергторсона из Университета Макгилла в Канаде и Технологического университета Эйндховена в Нидерландах исследовала горение железного порошка в невесомости. Их исследования были чистой физикой: ученые хотели узнать больше о дискретном горении, при котором пламя не сжигает топливо непрерывно, а перескакивает с одного источника топлива на другой. Этот вид огня вряд ли встречается в природе на Земле, но примером может служить лесной пожар, когда одно дерево сгорает полностью, а огонь перескакивает на следующее дерево, когда температура повышается достаточно для возгорания.
Это гипнотическое видео дискретного горения было записано во время эксперимента по параболическому полету на борту самолета Falcon-20 Канадского национального исследовательского центра, который предлагает исследователям до восемнадцати секунд драгоценной невесомости. Кредит: команда Perwaves
Сжигание железной пыли в экспериментах на самолетах с нулевой гравитацией и полетах ракет позволило частицам железа плавать и незаметно воспламеняться. Высокоскоростные камеры запечатлели это зрелище и позволили исследователям лучше понять это явление, в результате чего были созданы компьютерные модели, показавшие идеальные условия для сжигания топлива на Земле.
Знаете ли вы, что железо может гореть? Видимое здесь горение железного порошка происходит совершенно бездымно и без углерода. Авторы и права: TU/e / Solid / Барт ван Овербик
Благодаря новому пониманию, ставшему возможным благодаря исследованиям микрогравитации, стало возможным строить эффективные и практичные печи для сжигания железа.
Преимущество сжигания железа связано с химией. По сути, сжигание топлива — это процесс преобразования материала путем добавления атомов кислорода. Вот почему топливо на основе углерода производит углекислый газ, вызывающий парниковый эффект, когда два атома кислорода добавляются к топливу на основе углерода, такому как древесина, уголь или нефть. Остаток железа после сгорания представляет собой оксид железа, более известный как ржавчина. Углекислый газ не выделяется, а ржавое железо можно легко собрать, поскольку оно не образует газа — при горении железа вообще не выделяются вредные газы.
Железную ржавчину можно даже переработать, чтобы удалить кислород и вернуть его в виде железа с использованием водорода. Используя электричество из устойчивых источников, железо в качестве топлива может стать циркулярным, бесконечно перерабатываемым хранилищем энергии.
Демонстрационная установка уже работает в Буделе, недалеко от Эйндховена, Нидерланды. В качестве источника топлива используется железо. Этот генератор может производить 1 МВт пара в установке, стоящей на складе. Увеличение масштаба такой железной электростанции могло бы производить гораздо больше энергии.
Metals could be produced using clean energy, such as from solar cells or wind turbines. That electricity is stored as chemical energy in the metal powder at energy densities that are competitive with fossil fuels. This has the potential to reduce greenhouse gasses emission globally, but a barrier to implementing this technology is the development of combustion systems that can efficiently burn the metal fuels, which requires a solid understanding of their combustion physics. Credit: ESA – European Space AgencyThe European Space Agency (ESA) is an intergovernmental organization dedicated to the exploration and study of space. ESA was established in 1975 and has 22 member states, with its headquarters located in Paris, France. ESA is responsible for the development and coordination of Europe's space activities, including the design, construction, and launch of spacecraft and satellites for scientific research and Earth observation. Some of ESA's flagship missions have included the Rosetta mission to study a comet, the Gaia mission to create a 3D map of the Milky Way, and the ExoMars mission to search for evidence of past or present life on Mars." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"European Space Agency/p>