استفاده از آهن به‌عنوان سوخت پاک و بازیافتی

بسیاری از صنایع از فرایندهای دارای حرارت شدید استفاده می‌کنند که معمولا به سوزاندن سوخت‌های فسیلی فراوان نیاز دارد؛ اما سوخت جایگزین سبز شگفت‌آوری به‌شکل پودرهای فلزی در حال ظهور است. پودر آهنی که به‌شکل بسیار ریز درآمده باشد، در دماهای بسیار زیاد به‌راحتی می‌سوزد و هنگام اکسیدشدن انرژی خود را آزاد می‌کند. در این فرایند، هیچ کربنی منتشر نمی‌شود و تنها خروجی آن زنگ یا اکسیدآهنی است که به‌راحتی جمع‌آوری‌شدنی است.

اگر سوزاندن پودر فلزی به‌عنوان سوخت عجیب به‌نظر می‌رسد، قسمت بعدی فرایند از این هم عجیب‌تر است. زنگ حاصل از فرایند مذکور را می‌توان با استفاده از برق دوباره به پودر آهن تبدیل کرد و اگر این کار را با استفاده از انرژی خورشیدی یا بادی یا دیگر سیستم‌های تولید انرژی بدون کربن انجام دهید، درنهایت به چرخه‌ای می‌رسید که به‌کلی عاری از کربن است. آهن به‌عنوان نوعی باتری پاک برای فرایندهای احتراق عمل می‌کند و ازطریق روش‌های دیگری ازجمله الکترولیز شارژ می‌شود و شارژ خود را به‌شکل شعله و گرما تخلیه می‌کند.

اخیرا شرکت باواریا (Swinkels Family Brewers) در هلند به اولین شرکتی در جهان تبدیل شده است که این فرایند را در مقیاس صنعتی اجرا می‌کند. این شرکت با همکاری پژوهشگران و کارشناسان درحال نصب سیستم سوخت چرخشی آهن در باواریا است که می‌تواند حرارت موردنیاز برای تولید حدود ۱۵ میلیون لیوان نوشیدنی در سال را تأمین کند. پیر اﺳﻮﯾﻨﮑﻠﺰ، مدیرعامل شرکت باواریا گفت:

بسیار افتخار می‌کنیم اولین شرکتی هستیم که سوخت جدید را در مقیاسی صنعتی به‌منظور کمک به تسریع در انتقال به انرژی‌های پاک آزمایش می‌کنیم. به‌عنوان تجارتی خانوادگی، روی اقتصاد پایدار و چرخشی سرمایه‌گذاری می‌کنیم؛ زیرا فقط به چند سال آینده نگاه نمی‌کنیم؛ بلکه چندین نسل را در نظر می‌گیریم. می‌خواهیم ازطریق این فناوری نوآورانه، وابستگی فرایند تولید نوشیدنی خود به سوخت‌های فسیلی را کاهش دهیم. ما سرمایه‌گذاری روی این نوآوری را ادامه خواهیم داد.

از مزایای پودر آهن به‌عنوان واسطه‌ی ذخیره انرژی سوختنی پاک آن است که این منبع ارزان و فراوان و حمل‌و‌نقلش آسان است و تراکم انرژی مناسبی دارد. همچنین، دمای سوزاندن آن بسیار زیاد است (تا ۱۸۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد) و برخلاف هیدروژن به سردکردن نیازی ندارد و اگر طولانی‌مدت نگه‌داری شود، انرژی خود را از دست نمی‌دهد.

بازده چرخه‌ی انرژی سیستم به فرایندهای استفاده‌شده برای قراردادن انرژی درون آهن در فرایند بازتولید بستگی دارد. براساس مقاله‌ی منتشرشده در سال ۲۰۱۸، الکترولیز با بازده زیاد از اکسیدآهن می‌تواند تا ۸۰ درصد انرژی ورودی را در سوخت آهن ذخیره کند. این مشابه بازدهی است که درباره‌ی شکافت هیدروژن مدرن به‌دست می‌آید.

با وجود افتخار به این نقطه‌ی عطف، به آینده نیز نگاه می‌کنیم. درحال‌حاضر، پروژه‌ی پیگیری وجود دارد که هدف آن تحقق‌بخشیدن به سیستم یک‌مگاواتی است که در آن روی بهبود فنی سیستم نیز کار می‌کنیم. همچنین در حال برنامه‌ریزی سیستم ۱۰ مگاواتی هستیم که باید در سال ۲۰۲۴ آماده شود. هدف مهم ما این است که تا سال ۲۰۳۰ اولین نیروگاه‌های مبتنی‌بر سوخت زغال‌سنگ را به نیروگاه‌های سوخت آهن پایدار تبدیل کنیم.

سیستم احتراق سوخت آهن روی کامیونی به شرکت باواریا تحویل داده می‌شود

براساس مقاله‌ی منتشرشده در سال ۲۰۱۸، استفاده از این فرایند چرخه‌ای برای تولید انرژی می‌تواند به بازده تئوریکی حدود ۴۰ درصد برسد. درحالی‌که تولید انرژی تجدیدپذیر و سپس بیرون‌انداختن ۶۰ درصد از آن به‌شکل فرایندهای ناکارآمد ممکن است عجیب به‌نظر برسد، درنهایت می‌تواند به روشی مقرون‌به‌صرفه و انطباق‌پذیر برای گرفتن و توزیع و حتی صادرکردن انرژی تجدیدپذیر تبدیل شود.

استفاده از پودر آهن با استفاده از زیرساخت‌های تولید نیروی موجود که ممکن است فقط به‌ کمی تغییر برای کار با فرایندهای احتراق متفاوت نیاز داشته باشد، ایجاد شبکه‌ی انرژی بسیار پاک و پاسخ‌گوی تقاضایی را ممکن می‌سازد که می‌تواند با ذخیره‌ای از مواد خام اجرا شود که به‌راحتی انبار‌شدنی است.

علم اقتصاد سرانجام مشخص خواهد کرد که این ایده تا کجا پیش می‌رود؛ اما به‌نظر می‌رسد درمقایسه‌با هیدروژن، نیروگاه تلمبه‌ی ذخیره‌ای یا باتری‌ها یا ذخیره‌ی انرژی جنبشی مزایایی داشته باشد و ایده‌ی جالبی است که باید ببینیم آینده‌ی آن چه خواهد شد.