Аннотация:
Исследовательская группа Технологического института Карлсруэ (KIT) в Германии недавно опубликовала последние результаты исследований, указывающие на то, что железный порошок, как ожидается, станет важной частью будущей экологически чистой энергетической системы. Это перерабатываемое топливо не только может помочь хранить и транспортировать возобновляемую энергию, но также может обеспечить новые способы использования выходящих из эксплуатации угольных электростанций, улучшая стабильность энергосистемы и одновременно достигая целей климатической нейтральности.
По словам исследователей, энергетическая система железного порошка работает на основе циклического процесса. Когда железный порошок горит, он выделяет тепло и образует оксид железа, также известный как ржавчина. Водород, полученный из возобновляемых источников энергии, может затем удалить кислород из оксида железа, восстанавливая его обратно до металлического железа, чтобы его можно было использовать снова. В течение всего цикла не выделяется углекислый газ и не образуются вредные загрязнители окружающей среды.
Исследовательская группа считает, что одним из самых больших преимуществ этой технологии является ее способность использовать существующие угольные электростанции. Поскольку характеристики сгорания пылевидного железа настолько близки к характеристикам сгорания угля, многие угольные электростанции можно модернизировать без полной реконструкции. Исследователи отметили, что работа по модификации в основном сосредоточена на оборудовании для сжигания и выработки тепла, в то время как ключевые объекты, такие как паровые турбины, генераторы и системы подключения к сети, могут продолжать использоваться.
Для стран с развитой инфраструктурой угольной энергетики этот вариант очень привлекателен. Исследователи говорят, что, взяв в качестве примера Германию, существующие электростанции, тепловые сети и связанные с ними вспомогательные объекты могут обрести новую жизнеспособность, тем самым снижая стоимость энергетического перехода.
Помимо производства электроэнергии, железный порошок также рассматривается как потенциальный носитель энергии на большие расстояния. Исследователи предполагают использовать возобновляемую электроэнергию для производства водорода на прибрежных ветряных электростанциях или солнечных базах в пустыне, а затем использовать водород для восстановления оксида железа в железный порошок. Затем железный порошок можно транспортировать в энергоемкие районы и сжигать, чтобы высвободить накопленную энергию.
По сравнению с водородом железный порошок имеет очевидные преимущества при хранении и транспортировке. Для водорода обычно требуются специальные трубопроводы, импортные терминалы и подземные хранилища, в то время как железный порошок можно хранить и транспортировать более простым способом в течение длительных периодов времени, тем самым потенциально сокращая инвестиции в крупномасштабное строительство энергетической инфраструктуры. Избыток возобновляемой электроэнергии в Европе также может быть использован для завершения процесса регенерации железного порошка, образуя таким образом региональную систему энергетического цикла.
Чтобы оценить реальный потенциал этой технологии, исследовательская группа расширила существующую энергетическую модель PERSEUS на основе результатов исследовательского проекта «Чистые круги», включив в систему моделирования электростанции, работающие на железном топливе, установки по регенерации железа, а также вспомогательные сети хранения и транспортировки. Затем исследователи построили модель европейской климатически нейтральной энергетической системы на 2050 год и сравнили решение на основе железного порошка с такими технологиями, как аккумуляторное хранение энергии, хранение водородной энергии и выработка электроэнергии на водородном топливе.
Результаты моделирования показывают, что во всех изученных сценариях вариант использования электростанций, работающих на железе, появляется в самой дешевой комбинации энергосистем. Однако исследователи также подчеркнули, что этот результат не означает, что железный порошок заменит водородную энергетику, а, скорее, станет важным дополнением к последней.
Исследования показали, что технология железного порошка особенно ценна в странах и регионах, где отсутствуют гидроэнергетические ресурсы или нет условий для подземного хранения водорода. В этих местах железный порошок может помочь обеспечить стабильность электроснабжения, когда энергия ветра и солнца недостаточна в течение длительного периода времени. Кроме того, железный порошок также может частично удовлетворить потребности в транспортировке и хранении энергии, когда мощность водородных трубопроводов и импортных терминалов близка к верхнему пределу.
Руководитель исследования заявил, что железный порошок может сыграть уникальную и экономически ценную роль в достижении климатической нейтральности и повышении надежности возобновляемых источников энергии в будущем. Однако то, действительно ли наступил «новый железный век», по-прежнему зависит от двух ключевых вопросов: насколько масштабные модификации необходимы для существующих угольных электростанций и может ли процесс восстановления оксида железа до металлического железа достичь достаточно высокой эффективности и экономичности.
Исследовательская группа считает, что текущие результаты моделирования показывают, что железный порошок имеет потенциал стать важной частью будущей климатически нейтральной энергетической системы Европы, но его конечную конкурентоспособность еще необходимо доказать путем фактической инженерной проверки и коммерческого применения. Поскольку глобальная энергетическая трансформация продолжает развиваться, этот, казалось бы, традиционный металлический материал может сыграть новую стратегическую роль в будущей эпохе чистой энергии.
Комментарии