它不會取代氫能,但這項技術為清潔能源轉型提供了寶貴的補充。
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德國卡爾斯魯厄理工學院(KIT)的研究人員提出,鐵可以作為一種有效的化學能儲存材料。
該團隊研究了一種碳中和的循環過程,其中鐵粉作為可運輸的能源載體。
無論是從海岸捕獲風能,還是從廣闊沙漠獲取太陽能,鐵都可以充當移動能源載體,讓全球都能用上這些可再生能源。
KIT工業生產研究所(IIP)的朱莉婭·舒勒表示:“這一循環過程不排放二氧化碳,也不產生對環境有害的物質。”
鐵的能量循環
清潔能源的挑戰之一,是如何遠距離運輸和儲存大量的太陽能與風能。長期以來,氫一直被視為解決方案,但由于其處理難度極大,且需要昂貴的基礎設施,實際操作非常不切實際。
這項新研究表明,粉末狀鐵粉可以作為一種高效、可回收的清潔能源儲存材料。
該循環通過燃燒鐵粉發電,再利用可再生能源將生成的鐵銹重新轉化為鐵,從而形成一種高度穩定的儲存介質。
這一概念基于一個極簡的化學循環。鐵粉燃燒時釋放出大量熱量,并轉變為氧化鐵,也就是生銹。為使其復原,科學家利用過剩可再生能源制取的綠氫將氧脫去,把鐵銹還原為純鐵粉。整個過程沒有二氧化碳排入大氣,循環就這樣周而復始。
鐵的顛覆性在于它在爐中的表現
KIT工業生產研究所的舒勒解釋說:“鐵粉燃燒時的表現與煤炭非常相似。”
正因其燃燒方式與化石燃料相似,能源巨頭無需從零重建基礎設施。工程師只需改造現有燃煤電廠的發熱裝置。
那些已經就位的高成本部件,如蒸汽循環系統、大型渦輪、重型發電機以及本地電網連接,都可以完整保留下來。
助力氫能儲存
KIT團隊利用先進能源系統模型PERSEUS,模擬了到2050年歐洲電網的最佳演進路徑,并將該方案與氫儲能進行了直接對比。
結果顯示,鐵不僅不會扼殺氫經濟,反而會拯救它。
氫氣最適用于快速響應電力和本地電網,但它依賴高壓管道和深層洞穴,使全球運輸變得極其復雜且危險。相比之下,鐵粉則極為安全、易于運輸,非常適合長期跨季節儲存,只需標準倉庫和集裝箱即可實現全球配送。
鐵粉密度大、性質穩定,可以堆放在普通貨船上,幾乎無需額外基礎設施投資就可運往全球。
這一戰略對德國等國家來說,無異于一根救命稻草。它可以利用鐵來彌合季節性用能缺口。當風力停歇、太陽連續數周不見蹤影時,經過改造的鐵電廠便可以介入,維持燈火通明。
這是一個令人鼓舞的經濟信號。在研究人員模擬的每一種情景中,鐵燃料發電都是實現氣候中和最廉價路徑的關鍵組成部分。
該研究成果已發表在期刊《Chem Circularity》上。
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