عصر تازه آهن در راه است / دانشمندان راهی برای تبدیل زنگ‌آهن به سوخت انرژی پاک پیدا کرده‌اند
- مجموعه: نوآوری و کشفیات علمی
به گزارش خبرآنلاین، پودر آهن شاید در آینده نقشی شبیه یک باتری بزرگ و قابل‌حمل داشته باشد. این ماده می‌تواند انرژی تولیدشده از منابع تجدیدپذیر را برای مدت طولانی ذخیره کند و در زمان نیاز، آن را به شکل گرما و برق در اختیار شبکه قرار دهد. مزیت دیگر این ایده، امکان استفاده دوباره از بخشی از زیرساخت نیروگاه‌های زغال‌سنگ است.
ایده اصلی ساده به نظر می‌رسد. پودر آهن را می‌سوزانند تا گرما تولید شود، سپس زنگ‌آهن باقی‌مانده را با کمک هیدروژن دوباره به آهن تبدیل می‌کنند. به این ترتیب، یک ماده می‌تواند بارها برای ذخیره و آزادسازی انرژی به کار برود.
بر اساس گزارشی که وب‌سایت SciTechDaily منتشر کرده است، پژوهشگران موسسه فناوری کارلسروهه (KIT) چرخه‌ای را بررسی کرده‌اند که در آن پودر آهن می‌سوزد و انرژی آزاد می‌کند. محصول این واکنش اکسید آهن است که با نام زنگ‌آهن شناخته می‌شود. در مرحله بعد، هیدروژن تولیدشده با انرژی تجدیدپذیر اکسیژن را از اکسید آهن جدا می‌کند و فلز آهن را دوباره به دست می‌دهد. این آهن می‌تواند بار دیگر به شکل پودر درآید و بسوزد.
در این چرخه، آهن مانند یک حامل انرژی عمل می‌کند و برخلاف سوخت‌های فسیلی، در فرایند مصرف از بین نمی‌رود. انرژی اولیه از برق تجدیدپذیر تامین می‌شود که برای تولید هیدروژن و احیای اکسید آهن به کار می‌رود. بنابراین، آهن را نباید منبع انرژی مستقل دانست. نقش آن ذخیره و انتقال انرژی است.
برای درک این فناوری باید به واکنش آهن با اکسیژن توجه کرد. وقتی پودر آهن می‌سوزد، با اکسیژن هوا ترکیب می‌شود و اکسید آهن تولید می‌کند. اکسید آهن همان ترکیبی است که در شکل رایج آن به نام زنگ‌آهن می‌شناسیم. این واکنش گرما آزاد می‌کند و می‌توان از گرمای آن برای تولید بخار و چرخاندن توربین نیروگاه استفاده کرد.
اما برخلاف زغال‌سنگ یا گاز طبیعی، آهن در این فرایند کاملا مصرف نمی‌شود. فلز آهن فقط به ترکیب دیگری تبدیل شده است. در مرحله بعد، می‌توان اکسیژن را از اکسید آهن جدا کرد و دوباره آهن به دست آورد.
برای انجام این کار از هیدروژن استفاده می‌شود. هیدروژن با اکسیژن موجود در اکسید آهن واکنش می‌دهد و آب تولید می‌کند. در نتیجه، آهن دوباره آزاد می‌شود و می‌توان آن را به پودر تبدیل کرد تا برای سوختن بعدی آماده باشد.
نکته مهم این است که تولید هیدروژن به انرژی نیاز دارد. اگر این هیدروژن با برق حاصل از باد و خورشید تولید شود، انرژی تجدیدپذیر در آهن ذخیره می‌شود. بنابراین، آهن خودش منبع انرژی نیست، بلکه مانند یک حامل قابل استفاده مجدد، انرژی را از زمان و مکانی به زمان و مکان دیگر منتقل می‌کند.
استفاده دوباره از نیروگاه‌های زغال‌سنگ
یکی از جذاب‌ترین بخش‌های این ایده، امکان استفاده دوباره از نیروگاه‌های قدیمی زغال‌سنگ است. پودر آهن هنگام سوختن گرمای زیادی آزاد می‌کند و از این نظر می‌تواند جایگزین زغال‌سنگ در بخش تولید گرما شود. البته نیروگاه برای استفاده از سوخت جدید به تغییراتی در تجهیزات احتراق و برخی بخش‌های دیگر نیاز دارد.
در صورت موفقیت این تغییرات، بخش‌هایی از زیرساخت موجود مانند توربین‌های بخار، ژنراتورها، اتصال به شبکه برق و حتی شبکه‌های گرمایش شهری می‌توانند حفظ شوند. این موضوع برای کشورهایی مانند آلمان اهمیت دارد که نیروگاه‌های زغال‌سنگ و زیرساخت‌های مرتبط زیادی دارند.
پودر آهن علاوه بر ذخیره انرژی، امکان انتقال آن را نیز فراهم می‌کند. برای مثال، برق تولیدشده در مزارع بادی ساحلی یا نیروگاه‌های خورشیدی مناطق آفتابی می‌تواند برای تولید هیدروژن به کار رود. هیدروژن سپس اکسید آهن را به آهن تبدیل می‌کند. پودر آهن حاصل را می‌توان با قطار یا کشتی به مناطق دیگر فرستاد و در آنجا برای تولید گرما و برق سوزاند.
آیا سوخت آهن واقعا پاک و اقتصادی است؟
این فناوری هنوز با چالش‌هایی روبه‌رو است. احیای اکسید آهن به هیدروژن و انرژی نیاز دارد و باید مشخص شود این فرایند در مقیاس صنعتی با چه بازده و هزینه‌ای انجام می‌شود. همچنین، تبدیل نیروگاه‌های زغال‌سنگ به نیروگاه‌های سوخت آهن ممکن است به تغییرات فنی قابل‌توجهی نیاز داشته باشد.
از سوی دیگر، نبود انتشار دی‌اکسیدکربن هنگام سوختن آهن به‌تنهایی به معنای بدون‌کربن بودن کل چرخه نیست. استخراج و فرآوری آهن، تولید هیدروژن و حمل‌ونقل مواد نیز باید با انرژی کم‌کربن انجام شوند.
