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Aug 12, 2023

Una nueva edad de hierro: combustible metálico para carbono

Por la Agencia Espacial Europea (ESA) 4 de junio de 2023 Los científicos han llevado a cabo una investigación sobre

Por Agencia Espacial Europea (ESA) 4 de junio de 2023

Los científicos han realizado investigaciones sobre la quema discreta, una forma de fuego que salta de una fuente de combustible a otra, utilizando polvo de hierro en gravedad cero. El producto sobrante después de la combustión es el óxido de hierro, una sustancia que no produce dióxido de carbono y puede reciclarse infinitamente. Tras estos experimentos de microgravedad, se han desarrollado hornos de combustión de hierro eficientes, lo que ha llevado a la creación de un almacenamiento de energía circular y libre de carbono. Una planta de demostración está operativa en los Países Bajos y varias empresas emergentes están explorando este combustible libre de carbono para fábricas y procesos industriales. Mirando hacia el futuro, este combustible metálico también podría usarse para puestos avanzados lunares sostenibles, utilizando potencialmente minerales lunares y hielo para producir polvos metálicos para la propulsión y agua para el consumo. Crédito: Hierro+

Los investigadores han utilizado experimentos de microgravedad para estudiar la quema discreta de polvo de hierro, lo que lleva al almacenamiento de energía reciclable sin carbono y sin fin. Esto tiene aplicaciones prometedoras en la Tierra y para futuros puestos de avanzada lunares sostenibles.

Todo arde. En el entorno adecuado, toda la materia puede quemarse añadiendo oxígeno, pero encontrar la mezcla adecuada y generar suficiente calor hace que algunos materiales se quemen más fácilmente que otros. Los investigadores interesados ​​en saber más sobre un tipo de fuego llamado combustión discreta utilizaron las instalaciones de experimentos de microgravedad de la ESA para investigar.

En una serie de vuelos parabólicos y en cohetes de sondeo lanzados desde Suecia, un equipo del profesor Jeffrey Bergthorson de la Universidad McGill en Canadá y la Universidad Tecnológica de Eindhoven en los Países Bajos investigó la quema de polvo de hierro en gravedad cero. Su investigación era física pura, los científicos querían saber más sobre la quema discreta en la que las llamas no queman el combustible de forma continua, sino que saltan de una fuente de combustible a otra. Esta forma de fuego rara vez ocurre naturalmente en la Tierra, pero un ejemplo es un incendio forestal donde un árbol se quema por completo y el fuego salta al siguiente árbol cuando la temperatura aumenta lo suficiente para la combustión.

Este video hipnótico de combustión discreta fue grabado durante un experimento de vuelo parabólico a bordo del avión Falcon-20 del Centro Nacional de Investigación de Canadá que ofrece a los investigadores hasta dieciocho segundos de preciosa gravedad cero. Crédito: equipo de Perwaves

La quema de polvo de hierro en experimentos en aviones de gravedad cero y vuelos de cohetes permitió que las partículas de hierro flotaran y se encendieran discretamente. Cámaras de alta velocidad captaron el espectáculo y permitieron a los investigadores comprender mejor el fenómeno, lo que resultó en modelos informáticos que mostraban las condiciones ideales para quemar el combustible en la Tierra.

¿Sabías que el hierro puede quemarse? La combustión del polvo de hierro que se ve aquí se lleva a cabo sin humo ni carbono. Crédito: TU/e ​​/ Solid / Bart van Overbeeke

Con la nueva comprensión que hizo posible la investigación de la microgravedad, se hizo posible construir hornos de combustión de hierro eficientes y prácticos.

La ventaja de quemar hierro se debe a la química. Esencialmente, quemar combustible es el proceso de transformar un material mediante la adición de átomos de oxígeno. Esta es la razón por la cual el combustible a base de carbono produce dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero, cuando se agregan dos átomos de oxígeno al combustible a base de carbono, como la madera, el carbón o el petróleo. Con el hierro, el producto sobrante después de la combustión es el óxido de hierro, más conocido como herrumbre. No se produce dióxido de carbono y el hierro oxidado se puede recoger fácilmente ya que no forma gas: el hierro al quemarse no emite gases nocivos en absoluto.

El óxido de hierro puede incluso procesarse para eliminar el oxígeno y devolverlo como hierro utilizando hidrógeno. Mediante el uso de electricidad de fuentes sostenibles, el hierro como combustible puede convertirse en un almacenamiento de energía circular e infinitamente reciclable.

Una planta de demostración ya está funcionando en Budel, cerca de Eindhoven, Países Bajos, utilizando hierro como fuente de combustible, este generador puede producir 1 MW de vapor en una unidad que se encuentra en un almacén. Ampliada, una planta de energía de hierro de este tipo podría producir mucha más energía.

Múltiples empresas emergentes ya están buscando este combustible libre de carbono para alimentar fábricas y procesos industriales.

Planta de demostración de horno de hierro. 1 crédito

Mientras las agencias espaciales se preparan para construir puestos de avanzada lunares sostenibles, el suministro de energía para los astronautas en la Luna es solo uno de los desafíos a superar. El combustible metálico podría ser una solución. Usando energía solar, no solo se pueden producir polvos de aluminio y silicio a partir de minerales lunares, sino que también se puede aprovechar el hidrógeno y el oxígeno del hielo lunar. El hidrógeno se puede usar para convertir el polvo lunar con alto contenido de hierro y titanio para producir agua. y polvo de hierro. Los polvos metálicos y el oxígeno del hielo de agua se pueden usar como propulsores para cohetes o transporte terrestre y el subproducto del agua se puede usar incluso como agua potable.

Impresión artística de un escenario de exploración lunar. Crédito: ESA–ATG

Este proceso puede parecer ciencia ficción ahora, pero usar hierro como fuente de combustible en la Tierra comenzó como una idea hace solo una década. Ahora, la comunidad de combustibles metálicos abarca cientos de científicos e ingenieros de todo el mundo y es una tecnología modelo para combustibles alternativos libres de carbono. ¡En un futuro no muy lejano, podrías estar manejando tu auto o tu casa con hierro!

Metals could be produced using clean energy, such as from solar cells or wind turbines. That electricity is stored as chemical energy in the metal powder at energy densities that are competitive with fossil fuels. This has the potential to reduce greenhouse gasses emission globally, but a barrier to implementing this technology is the development of combustion systems that can efficiently burn the metal fuels, which requires a solid understanding of their combustion physics. Credit: ESA – European Space AgencyThe European Space Agency (ESA) is an intergovernmental organization dedicated to the exploration and study of space. ESA was established in 1975 and has 22 member states, with its headquarters located in Paris, France. ESA is responsible for the development and coordination of Europe's space activities, including the design, construction, and launch of spacecraft and satellites for scientific research and Earth observation. Some of ESA's flagship missions have included the Rosetta mission to study a comet, the Gaia mission to create a 3D map of the Milky Way, and the ExoMars mission to search for evidence of past or present life on Mars." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Agencia Espacial Europea