Las fuentes renovables dependen de las condiciones ambientales: en las épocas de mayor viento y sol, se produce un exceso de energía que se necesita en las épocas de menor viento y sol. Pero, ¿cómo almacenar y transportar este exceso de energía de forma eficiente?
Hasta ahora no se ha encontrado ninguna forma fiable, segura y barata de almacenar una gran cantidad de energía en un contenedor de pequeño volumen. Ahora, científicos del Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) y de la Universidad Tecnológica de Eindhoven han analizado cómo pueden utilizarse los metales, especialmente el hierro, para almacenar energía y qué parámetros determinan la eficiencia del almacenamiento y la reutilización.
Proceso circular de reducción y combustión.
Almacenar energía en los metales y quemarlos para liberar la energía cuando se necesite es un método que ya se aplica en la tecnología aeroespacial.
La idea es sacar energía del hierro siempre que se necesite, oxidando el hierro de nuevo a óxido de hierro. En momentos de exceso de energía procedente del viento, el sol o el agua, este mineral de hierro podría volver a reducirse a hierro y almacenar la energía.
Los científicos hablan de combustión cuando describen la «quema», es decir, la oxidación, del hierro hasta convertirlo en mineral de hierro. Choisez y sus colegas del MPIE se centraron en la caracterización de los polvos de hierro tras la reducción y la combustión utilizando métodos avanzados de microscopía y simulación para analizar la pureza del polvo, la morfología, la porosidad y la termodinámica del proceso de combustión.
La microestructura obtenida de los polvos de hierro quemados es decisiva para la eficiencia del siguiente proceso de reducción, y para determinar si el proceso de reducción y combustión es totalmente circular, lo que significa que no hay que añadir energía o material adicional.
Polvo metálico.
La energía se almacena mientras se reduce el óxido de hierro a hierro. La energía se libera durante la combustión del hierro para convertirlo en óxido de hierro. La optimización de este proceso podría conducir a un almacenamiento de energía totalmente circular y, por tanto, sostenible.
Los científicos presentan dos vías de combustión, una apoyada por una llama piloto de propano y otra autónoma en la que el único combustible utilizado es el polvo de hierro, y muestran cómo la vía de combustión influye en la microestructura del hierro quemado.
El reciente estudio ha demostrado que el uso de metales para almacenar energía es factible. Los estudios futuros analizarán ahora cómo aumentar la circularidad del proceso, ya que el tamaño de algunas partículas quemadas disminuye en comparación con su tamaño original debido a la evaporación parcial del hierro, las microexplosiones y/o la fractura de algunas partículas de óxido de hierro.
Un sistema similar ya se usa para calentar 500 hogares holandeses, gracias al polvo de hierro «reutilizable».
Más información: Laurine Choisez et al, Phase transformations and microstructure evolution during combustion of iron powder, Acta Materialia (2022). DOI: 10.1016/j.actamat.2022.118261
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