氢气还原氧化铁(氢气还原氧化铁的化学方程式)

铁粉作为可再生、无二氧化碳燃料通过了首次工业测试,氧化和还原铁粉具有工业规模提供清洁能源的潜力!

一个小规模的铁燃烧系统，已经扩大规模，并部署在荷兰的一家啤酒厂问个简单的问题:如果我们能够控制整个由化石燃料驱动的气候变化噩梦，转而燃烧其他的能源会怎样?另外，如果这个东西是地球上最常见的元素之一呢?

答案很简单:烧铁。

小规模的铁燃烧系统

虽然点燃铁锭可能会比它本身更麻烦，但细铁粉与空气混合是非常易燃的。当你燃烧这个混合物时，你氧化了铁。而碳燃料氧化成二氧化碳，铁燃料氧化成Fe2O3，也就是铁锈。关于锈的好处是它是一种固体，可以在燃烧后捕获。这是整个过程中唯一的副产品——铁粉，能量以热能和铁锈粉的形式释放出来。铁的能量密度约为11.3 kWh/L，优于汽油。虽然它的比能量相对较低，只有1.4千瓦时/公斤，这意味着在给定的能量下，铁粉所占的空间比汽油少一点，但它的重量几乎是汽油的十倍。

换句话说，它可能不适合为你的汽车提供动力。它可能也不会给你的房子供暖。但对于目前正在进行测试的工业来说，它可能是理想的。

在过去的几年里，来自TU Eindhoven的研究人员一直在开发铁粉作为一种实用燃料。上个月，他们在荷兰的一家啤酒厂安装了一个铁粉加热系统，将所有储存的能量转化为啤酒。由于电力不能有效地产生许多工业应用(包括酿造)所需的热量，铁粉是一种可行的零碳选择，只剩下铁锈。

那么这些锈迹会发生什么呢?这就是事情变得聪明的地方，因为铁不仅仅是一种被消耗的燃料——它是可以重新充电的能量存储。为了给它充电，你把所有的三氧化二铁，剥离掉氧气，把它变成铁，准备再次燃烧。要做到这一点并不容易，但是当你下次烧Fe的时候，你需要花费大量的精力和工作来把那些Os从Fe中撬开。这个想法是，你可以反复使用相同的铁，放电和充电，就像你对电池一样。

通过燃烧管中的玻璃可以看到铁粉的燃烧过程

为了保持铁燃料的零碳特性，充电过程也必须是零碳的。有各种不同的方法使用电力将锈回铁,和由你牵头的一个财团TU Eindhoven的研究人员正在探索基于热氢还原的三种不同的技术(氧化铁和氢转化为铁和水),因为他们在一封电子邮件中向我们描述:

网带式炉:在网带式炉中，氧化铁通过传送带输送，在800-1000°C的温度下加入氢气。氧化铁被还原为铁，由于热量而粘在一起，形成一层铁。然后把它磨碎，得到铁粉。

流化床反应器:这是一种传统的反应器类型，但它在氢还原氧化铁中的应用是新的。在流化床反应器中，反应是在600°C左右的较低温度下进行的，避免了粘滞，但需要更长的时间。

夹带流反应器:夹带流反应器是对闪速炼铁技术的一种尝试。该方法在1100-1400°C的高温下进行反应，将氧化铁与氢气一起吹过反应室，以避免粘着。这可能是一个很好的解决方案，但它是一项新技术，还有待证实。

当然，生产氢气和运行熔炉或反应堆所需的热量都需要能源，但电网能源可以来自可再生资源。

如果更新铁燃料需要氢，那么一个显而易见的问题是，为什么不在一开始就把氢作为零碳燃料呢?氢的问题在于，作为一种能量储存介质，要想储存大量有用的氢，通常需要高压和极冷。在本地化的工业环境中(就像你的除锈工厂)，这并不是什么大问题，但是一旦你开始尝试着去推广它，它便会成为一个真正令人头疼的问题。另一方面，铁粉可以安全处理，可以无限期储存，而且可以通过铁路等现有的散货运输工具很容易地移动。

这就是为什么它的未来看起来是应用在重量不是主要考虑和收集锈迹是可行的。除了工业热代(最终将包含改造燃煤电厂烧铁粉) ,TU Eindhoven的研究人员正在探索是否可以用铁粉作为大型货船的燃料,这是非常肮脏的碳排放也设计的很有分量的。

TU Eindhoven的燃烧技术教授Philip de Goey告诉我们，他希望能够在未来四年内为工业部署10兆瓦的铁粉高温供暖系统，并在10年内实现首个燃煤电厂的转换。de Goey告诉我们，仍然存在挑战:“技术需要改进和发展，金属粉末的市场需要扩大，金属粉末必须成为未来能源系统的一部分，并被视为安全、清洁的替代品。De Goey的观点是，铁粉在能量储存、运输和生产方面发挥着重要的作用，但受到了良好的约束，可以补充氢等其他零碳能源。对于一个零碳能源的未来，de Goey说，“没有赢家和输家——我们需要所有人。”