Επιστήμονες εξερευνούν πώς η σκόνη σιδήρου θα μπορούσε να μεταμορφώσει την αποθήκευση και τη μεταφορά της ανανεώσιμης ενέργειας, δίνοντας παράλληλα έναν νέο σκοπό ζωής στους γηρασμένους σταθμούς παραγωγής ενέργειας από άνθρακα.
Η σκόνη σιδήρου θα μπορούσε να βοηθήσει στη μετατροπή των παλαιών εργοστασίων άνθρακα σε πηγές κλιματικά ουδέτερης ηλεκτρικής ενέργειας, σύμφωνα με μια νέα μελέτη από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καρλσρούης (KIT).
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αυτό το ανακυκλώσιμο καύσιμο θα μπορούσε να συμβάλει στη διατήρηση της σταθερότητας του ενεργειακού εφοδιασμού της Ευρώπης κατά τη διάρκεια παρατεταμένων περιόδων χαμηλής έντασης ανέμων και ηλιοφάνειας, ιδιαίτερα σε περιοχές όπου άλλες μορφές αποθήκευσης ενέργειας είναι περιορισμένες.
Η διαδικασία βασίζεται σε έναν κύκλο κατά τον οποίο η σκόνη σιδήρου καίγεται για την παραγωγή θερμότητας, παράγοντας οξείδιο του σιδήρου, το οποίο είναι κοινώς γνωστό ως σκουριά. Το υδρογόνο που παράγεται με χρήση ανανεώσιμης ενέργειας μπορεί στη συνέχεια να αφαιρέσει το οξυγόνο από το οξείδιο του σιδήρου, αποκαθιστώντας το μέταλλο ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ξανά.
«Αυτό λειτουργεί σε έναν κύκλο που δεν εκπέμπει διοξείδιο του άνθρακα ή άλλες επιβλαβείς για το περιβάλλον ουσίες», δήλωσε η Julia Schuler από το Ινστιτούτο Βιομηχανικής Παραγωγής (IIP) του KIT.
Μετατρέποντας τα εργοστάσια άνθρακα σε μονάδες με καύσιμο τον Σίδηρο
Ένα πιθανό πλεονέκτημα είναι ότι η σκόνη σιδήρου θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε υφιστάμενους σταθμούς παραγωγής ενέργειας από άνθρακα χωρίς να χρειαστεί η αντικατάσταση όλου του εξοπλισμού τους.
«Όταν καίγεται, η σκόνη σιδήρου συμπεριφέρεται σε μεγάλο βαθμό όπως ο άνθρακας. Θέλαμε να μάθουμε αν ήταν εφικτό να μετατρέψουμε τα υπάρχοντα εργοστάσια άνθρακα ώστε να λειτουργούν με καύση σιδήρου», δήλωσε η Schuler.
Σύμφωνα με την Schuler, οι περισσότερες τροποποιήσεις θα αφορούσαν τον εξοπλισμό που είναι υπεύθυνος για την παραγωγή θερμότητας. Άλλα σημαντικά εξαρτήματα, συμπεριλαμβανομένων των ατμοστροβίλων, των γεννητριών και των συνδέσεων με το ηλεκτρικό δίκτυο, θα μπορούσαν να παραμείνουν σε λειτουργία.
Η Γερμανία ενδέχεται να είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για αυτήν την προσέγγιση, λόγω του μεγάλου στόλου εργοστασίων άνθρακα που διαθέτει και της δυνατότητας διατήρησης των υφιστάμενων δικτύων τηλεθέρμανσης και άλλων υποδομών.
Μεταφορά ανανεώσιμης ενέργειας χωρίς αγωγούς υδρογόνου
Η σκόνη σιδήρου θα μπορούσε επίσης να προσφέρει έναν πρακτικό τρόπο μεταφοράς της ανανεώσιμης ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από παράκτια αιολικά πάρκα ή ηλιακές εγκαταστάσεις σε ερημικές περιοχές θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή υδρογόνου, το οποίο στη συνέχεια θα μετέτρεπε το οξείδιο του σιδήρου σε σίδηρο.
Η σκόνη που προκύπτει θα μπορούσε στη συνέχεια να μεταφερθεί σε άλλη τοποθεσία και να καεί για την ανάκτηση της αποθηκευμένης ενέργειας. Σε αντίθεση με το υδρογόνο, το οποίο απαιτεί εξειδικευμένους αγωγούς, τερματικούς σταθμούς εισαγωγής και υπόγειες εγκαταστάσεις αποθήκευσης, η σκόνη σιδήρου είναι tươngτικά απλή στη μεταφορά και την αποθήκευση για μεγάλα χρονικά διαστήματα.
Αυτό θα μπορούσε να μειώσει τις επενδύσεις σε υποδομές που απαιτούνται για τη μεταφορά ανανεώσιμης ενέργειας μεταξύ των περιοχών. Η πλεονάζουσα ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται εντός της Ευρώπης θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την τοπική αναγέννηση του σιδήρου μέσω ενός ενδιάμεσου σταδίου παραγωγής υδρογόνου.
Ψηφιακά μοντέλα αποκαλύπτουν πού μπορεί να φανεί πιο χρήσιμος ο σίδηρος
Για να διερευνήσουν τις δυνατότητες της τεχνολογίας, οι επιστήμονες του KIT βασίστηκαν στα ευρήματα του ερευνητικού έργου Clean Circles. Σε μια μελέτη που χρηματοδοτήθηκε από το Ίδρυμα Ενεργειακών Ερευνών της Βάδης-Βυρτεμβέργης (Stiftung Energieforschung Baden-Württemberg), επέκτειναν το καθιερωμένο ενεργειακό μοντέλο PERSEUS προκειμένου να συμπεριλάβει σταθμούς παραγωγής ενέργειας με καύσιμο τον σίδηρο, εγκαταστάσεις αναγέννησης σιδήρου και τις υποδομές που απαιτούνται για την αποθήκευση και τη μεταφορά.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές προσομοίωσαν την ανάπτυξη ενός κλιματικά ουδέτερου ευρωπαϊκού ενεργειακού συστήματος έως το 2050, συγκρίνοντας τον σίδηρο με ανταγωνιστικές τεχνολογίες, όπως οι μπαταρίες, η αποθήκευση υδρογόνου και τα εργοστάσια παραγωγής ενέργειας από υδρογόνο.
Οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας με καύση σιδήρου εμφανίστηκαν στο ενεργειακό σύστημα χαμηλότερου κόστους σε κάθε σενάριο που εξετάστηκε, αν και τα αποτελέσματα δεν έδειξαν ότι ο σίδηρος θα αντικαθιστούσε το υδρογόνο. Τα μεγαλύτερα οφέλη προέκυψαν σε χώρες με περιορισμένους πόρους υδροηλεκτρικής ενέργειας ή με λίγες κατάλληλες τοποθεσίες για υπόγεια αποθήκευση υδρογόνου.
Σε αυτές τις περιοχές, ο σίδηρος θα μπορούσε να συμβάλει στη διατήρηση του εφοδιασμού με ηλεκτρική ενέργεια κατά τη διάρκεια παρατεταμένων ελλείψεων στην παραγωγή αιολικής και ηλιακής ενέργειας. Θα μπορούσε επίσης να μειώσει τη ζήτηση σε αγωγούς υδρογόνου και εγκαταστάσεις εισαγωγής, όταν η χωρητικότητά τους περιορίζεται.
Οι προκλήσεις που θα μπορούσαν να καθορίσουν το μέλλον του Σιδήρου
«Ο σίδηρος θα μπορούσε να διαδραματίσει έναν πολύ ιδιαίτερο, αλλά οικονομικά σημαντικό ρόλο για την επίτευξη της κλιματικής ουδετερότητας και την αξιόπιστη διάθεση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας», δήλωσε η Schuler.
Το αν θα αναδυθεί μια νέα «εποχή του σιδήρου» στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας θα εξαρτηθεί σε μεγάλο βαθμό από δύο ανεπίλυτα τεχνικά και οικονομικά ερωτήματα:
Το πόσο εκτενώς πρέπει να τροποποιηθούν οι υφιστάμενοι σταθμοί παραγωγής ενέργειας από άνθρακα και το πόσο αποτελεσματικά μπορεί το οξείδιο του σιδήρου να μετατραπεί ξανά σε επαναχρησιμοποιήσιμο σίδηρο.
Οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι ο σίδηρος θα μπορούσε να λειτουργήσει συμπληρωματικά προς το υδρογόνο σε ένα κλιματικά ουδέτερο ενεργειακό σύστημα, αλλά η πρακτική του ανταγωνιστικότητα θα εξαρτηθεί από το πώς θα αποδώσουν αυτές οι διαδικασίες έξω από το θεωρητικό μοντέλο.
