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(Noticias de Nanowerk) La generación de energía sostenible a partir del viento, el sol y el agua es bien conocida y aplicada. Sin embargo, las fuentes de energía renovables dependen de las condiciones ambientales: en tiempos de viento y sol, se produce un exceso de energía que se necesita en tiempos de menos viento y sol. Pero, ¿cómo se puede almacenar y transportar eficientemente este exceso de energía?
Hasta el momento, no se ha encontrado una forma fiable, segura y económica de almacenar una gran cantidad de energía en un contenedor de pequeño volumen. Científicos del Instituto Max Planck para la Investigación del Hierro (MPIE) y la Universidad Técnica de Eindhoven han analizado ahora cómo los metales, especialmente el hierro, pueden usarse para almacenar energía y qué parámetros determinan la eficiencia del almacenamiento y la reutilización.
Publicaron sus últimos hallazgos en la revista Acta Materialía («Transformaciones de fase y evolución de la microestructura en la combustión de polvo de hierro»).
Creación de un proceso circular de reducción y combustión.
“Almacenar energía en metales y quemarlos para liberar la energía cuando sea necesario es un método que ya se usa en la ingeniería aeroespacial. Nuestro objetivo era comprender qué sucede exactamente a micro y nanoescala durante la reducción y combustión del hierro y cómo la evolución de la microestructura afecta la eficiencia del proceso. También queríamos averiguar cómo podíamos hacer circular este proceso sin perder energía ni material», explica el Dr. Laurine Choisez, quien recientemente completó su investigación posdoctoral en el MPIE y es la primera autora de la publicación.
Por supuesto, cuando los minerales de hierro se reducen a hierro, se almacena mucha energía en el hierro reducido. La idea es sacar esa energía del hierro cuando sea necesario oxidando el hierro de nuevo a óxido de hierro. En tiempos de exceso de energía del viento, el sol o el agua, este mineral de hierro podría reducirse nuevamente a hierro y la energía almacenada.
Los científicos hablan de combustión cuando describen la «quema», es decir, la oxidación, de hierro de nuevo a mineral de hierro. Choisez y sus colegas de MPIE se centraron en caracterizar los polvos de hierro después de la reducción y la combustión utilizando métodos avanzados de microscopía y simulación para analizar la pureza, la morfología, la porosidad y la termodinámica del proceso de combustión del polvo.
La microestructura obtenida de los polvos de hierro quemados es crucial para la eficiencia del proceso de reducción subsiguiente y para que el proceso de reducción y combustión sea completamente circular, es decir, no se necesita agregar energía o material adicional.
Ampliación para uso industrial
Los científicos presentan dos vías de combustión, una asistida por llama piloto de propano y otra autosuficiente en la que el único combustible utilizado es polvo de hierro, y muestran cómo la vía de combustión afecta a la microestructura del hierro quemado.
«Actualmente estamos ampliando los pasos de reducción y combustión a un nivel industrialmente relevante para determinar los parámetros precisos que se necesitan, como la temperatura y el tamaño de las partículas», explica Niek E. van Rooij, estudiante de doctorado en el grupo de Tecnología de Combustión en Eindhoven. Universidad Tecnológica y coautor de la publicación.
El estudio más reciente mostró que el uso de metales para el almacenamiento de energía es factible. Los estudios futuros ahora analizarán cómo se puede aumentar la circularidad del proceso a medida que se reduce el tamaño de algunas partículas quemadas en comparación con su tamaño original debido a la evaporación parcial del hierro, las microexplosiones y/o la rotura de algunas partículas de óxido de hierro.
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