Потенциальный прорыв в области чистой энергии дает старым электростанциям вторую жизнь

Как работает безуглеродный металлический цикл

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Chem Circularity, ученые из Технологического института Карлсруэ выяснили, что металлический порошок может стать возобновляемым топливом для энергосистемы в период длительного отсутствия ветра и солнечного света.

Процесс основан на замкнутом химическом цикле: железный порошок сжигают для получения тепла, в результате чего образуется оксид железа, известный как обычная ржавчина. Затем с помощью водорода, произведенного из чистой энергии, от ржавчины отщепляют кислород и возвращают металл в исходное состояние для повторного сжигания.

Этот процесс работает по замкнутому циклу, который не выделяет углекислого газа или вредных для окружающей среды веществ– прокомментировала исследовательница Джулия Шулер из Института промышленного производства при Технологическом институте Карлсруэ.

Переоборудование угольных гигантов без колоссальных затрат

Главное практическое преимущество технологии заключается в том, что мелкое железо при сгорании ведет себя подобно ископаемому топливу. Это открывает возможность адаптировать существующие ТЭС к чистому топливу без замены всей инфраструктуры. Инженерам придется модифицировать лишь оборудование для выработки тепла, тогда как паровые турбины, электрические генераторы и узлы подключения к сети продолжат полноценно работать.

Такой подход особенно актуален для Германии, где сохранились большой парк угольных мощностей и разветвленные сети централизованного теплоснабжения.

При сгорании железный порошок ведет себя очень похоже на уголь. Мы хотели выяснить, можно ли переоборудовать имеющиеся угольные электростанции под сжигание железа– добавила Джулия Шулер.

Передача энергии без водородных магистралей

Помимо выработки электроэнергии, железный порошок предлагает простой способ транспортировки чистой энергии на большие расстояния. Излишки электроэнергии от прибрежных ветропарков или солнечных станций в пустынях можно направить на производство водорода, который будет восстанавливать оксид железа. Полученный сухой порошок не требует специальных трубопроводов, герметичных терминалов или подземных хранилищ под высоким давлением. Его значительно легче перевозить обычным грузовым транспортом и хранить месяцами и годами без потерь.

В рамках исследовательского проекта Clean Circles при поддержке фонда Stiftung Energieforschung Baden-Württemberg авторы расширили энергетическую модель PERSEUS и смоделировали развитие климатически нейтральной системы Европы до 2050 года. Станции на железном топливе вошли в самый экономичный вариант энергосистемы во всех рассмотренных сценариях. Наибольшую пользу технология продемонстрировала в странах с дефицитом гидроэнергии и отсутствием геологических условий для подземного хранения водорода.

Вызовы на пути к реальному воплощению

Несмотря на оптимистичные результаты компьютерного моделирования, переход к "новой железной эре" в энергетике будет зависеть от практических факторов. Инженерам еще предстоит экспериментально проверить масштаб переоборудования угольных котлов и оценить энергетическую эффективность обратного восстановления ржавчины в железо в промышленных условиях.