Het European Research Council heeft €2,5 miljoen ter beschikking gesteld voor onderzoek aan de Technische Universiteit Eindhoven naar de verbranding van metaal. De subsidie gaat naar professor verbrandingstechnologie Philip de Goey en negen doctoraatstudenten. Zes van deze studenten kunnen met het Europese geld betaald worden.
Bij de verbranding van metalen komt geen CO2 vrij. Bovendien kan het restproduct (roest) weer opnieuw worden opgewerkt tot metaalbrandstof, waardoor het hernieuwbaar is. Aan de TU Eindhoven onderzoekt men al langer de werking en toepassing van metaalbrandstoffen, gesubsidieerd door de provincie Noord-Brabant. Hiervoor werkt de Goey samen met hoogleraar werktuigbouwkunde Niels Deen en Team SOLID, een groep van dertig studenten uit diverse disciplines die het concept uitwerken. Naast de praktische toepassing is ook fundamenteel onderzoek nodig naar de exacte werking van het metaalverbrandingsproces. Hier heeft de EU nu extra geld voor vrijgemaakt.
IJzerpoeder voor balans groene energieproductie
Om de uitstoot van broeikasgassen te reduceren en daarmee de opwarming van de aarde tegen te gaan, wordt in veel landen ingezet op een elektriciteitsvoorziening die voor een groot deel is gebaseerd op wind- en zonne-energie. Hoewel hiermee de uitstoot van o.a. CO2 ten opzichte van fossiele brandstoffen wordt gereduceerd, levert dit nieuwe problemen op voor de netbalans.
De weersomstandigheden bepalen hoeveel elektriciteit wordt opgewekt met wind en zon, zodat dit zelden precies gelijk loopt met de vraag naar elektriciteit. Deze balans tussen vraag en aanbod is wel noodzakelijk om problemen op het elektriciteitsnet te voorkomen. De onderzoekers van de TU Eindhoven zien in metaalbrandstof een ideale buffer om tekorten en overschotten van wind- en zonne-energie op te vangen.
Metalen zoals ijzer of aluminium branden het best wanneer ze eerst tot een fijn poeder zijn vermalen, denk ook aan sterretjesvuurwerk. Bij de verbranding komt veel energie vrij en worden geen broeikasgassen uitgestoten. De warmte die vrijkomt door de verbranding kan gebruikt worden om bijvoorbeeld elektriciteit op te wekken.
Na verbranding blijft roest over. Met behulp van waterstof kan de roest weer worden omgezet in metaalpoeder. Daarmee kan dezelfde hoeveelheid metaalbrandstof steeds opnieuw worden hergebruikt. Overigens is de voorraad metaal geen groot probleem; ijzer en aluminium behoren tot de meest voorkomende elementen op aarde.
De eigenschappen om schone energie te leveren en daarnaast om te kunnen zetten in nieuwe metaalbrandstof, met daarnaast de grote beschikbaarheid en relatief eenvoudige opslag en transportmogelijkheden, maken metaalbrandstof volgens de onderzoekers een ideale ondersteunende techniek in de energietransitie.
Op de momenten dat er te weinig elektriciteit wordt opgewekt door windmolens en zonnepanelen, bijvoorbeeld tijdens een Dunkelflaute, kan de metaalbrandstof worden ingezet voor het opwekken van elektriciteit. Wanneer er juist teveel elektriciteit wordt opgewekt kan deze worden gebruikt voor het maken van waterstof. Met deze waterstof kan het gebruikte metaalpoeder weer worden omgezet in een bruikbare brandstof. Metaalpoeder laat zich daarbij makkelijker opslaan en vervoeren dan waterstof.
Naast deze bufferfunctie kan metaalpoeder een rol gaan spelen in sectoren waar hoge temperatuur warmte wordt gevraagd, zoals in zware industrie.
IJzerpoeder van laboratorium naar kolencentrale
De onderzoekers van TU Eindhoven en Team SOLID richten zich in eerste instantie voornamelijk op Ijzerpoeder. Een van de uitdagingen is het omzetten van de verbranding in een stabiele vlam en de verwerking van het ijzerpoeder in een verbrandingsmotor. In bestaande motoren zorgt het poeder voor teveel slijtage.
Bovendien is er een verschil tussen een kleine proefopstelling in een laboratorium en echt grootschalige energieopwekking. Een van de eerste externe belangrijke proeven met opschaling is een installatie bij Swinkels Family Brewers (brouwt bier voor Bavaria). Deze proefopstelling heeft een vermogen van 100kWh. Ook werkt men aan een industriële verbrandingsinstallatie met een vermogen tot megawatt.
Als de ontwikkeling van grootschalige toepassing van ijzerpoeder onverwacht snel verloopt, kan het misschien zelfs een oplossing bieden bij een belangrijk vraagstuk rondom de Nederlandse kolencentrales. De laatste kolencentrales moeten voor 2030 op een andere brandstof zijn overgestapt of sluiten. Vooralsnog behoort een overstap naar een andere brandstof niet tot een technisch en/of economisch haalbare mogelijkheid. Dit zou betekenen dat drie pas in 2015 en 2016 geopende centrales vervroegd moeten sluiten, wat een grote kapitaalvernietiging zou opleveren.
Uniper, eigenaar van een van de recente kolencentrales, werkt samen met Team SOLID om de mogelijke toekomstige toepassing van ijzerpoeder in haar kolencentrale in Rotterdam te onderzoeken. Daarmee zou de centrale de genoemde bufferfunctie kunnen vervullen in de Nederlandse elektriciteitsvoorziening. Voor ijzerpoeder echter kan worden toegepast op dergelijke schaal, moeten er nog veel tussenstappen worden gezet in de komende tijd.