[技术前沿]铁燃料大显身手

铁燃料大显身手，其资源丰富、可回收，而且能量密度比汽油还高。

2023年6月底，一座燃烧铁燃料的1兆瓦热力厂投入了使用，为荷兰埃因霍温附近的Swinkels啤酒厂供应酿造啤酒所需的热力。该热力厂名为Iron+，是3家公司投资组建的合资企业，使用了金属电力联盟（Metal Power Consortium）2020年首次演示的100千瓦系统，埃因霍温理工大学和从该大学拆分出来的初创公司Metalot都是该联盟的成员。

即便是金属，如果被碾压成细粉末，也可以燃烧，而且其燃烧不会排放有毒气体或导致地球变暖，它们是生产清洁能源有吸引力的潜在燃料，而且易于存储和运输。

细磨铁粉的能量密度比汽油更高，而且燃烧时不会排放温室气体。

可再生铁燃料技术公司RIFT是从埃因霍温理工大学拆分出来的另一家公司，该公司最近展示了可以使用自己的铁燃料技术为500个家庭供暖。同时，加拿大麦吉尔大学的研究人员创办的初创公司Altiro Energy也在运行一个10千瓦的铁燃料热力厂原型，目前该公司计划扩大其原型规模。

麦吉尔大学的机械工程教授、Altiro的首席科学顾问杰夫•伯格多森（Jeff Bergthorson）说，铁粉是碳基燃料的理想替代品。伯格多森和欧洲太空总署的合作者制定了金属燃料概念，并于2015年在《应用能源》杂志上发表了其报告。

铁是地球上最丰富的金属，其能量密度也比汽油高，约为11.3千瓦时/升。铁粉燃烧产生的热量可以直接使用，也可以通过蒸汽涡轮机将其转化为电力，留下氧化铁，即铁锈。通过剥离氧气，又可以将氧化铁还原成铁粉。“你可以把铁燃料当作一种清洁、可回收的煤。”伯格多森说。

使用氢气，也可以将氧化铁还原为铁，如果氢气是用可再生电力分解水制成的，那么它也是一种无碳的绿色燃料。不过氢气非常轻，而且体积很大，因此必须使用高压和极冷技术将其转化为液体。这种液体的存储和运输都必须采用特殊的容器。相比之下，铁可以在干燥的容器中运输，其成本较低。

注意:高温铁! 在铁燃料燃烧系统中，金属燃料罐(左上)中的细铁粉会进入燃烧室(右)，在燃烧室中燃烧产生能量，留下可回收的氧化铁，氧化铁被收集在储罐(下)中。

因此，伯格多森说，虽然氢气和金属本质上都是存储能源的方式，但使用金属更有意义。Metalot公司和达姆施塔特工业大学的技术评估表明：“用氢气生产铁比生产液氢更高效。”

但这不是说铁燃料本身不存在挑战。铁燃料不像碳氢化合物燃料那样容易点燃，而且铁燃烧的火焰不稳定、微弱且容易熄灭。Altiro通过在锅炉刚启动时添加一点天然气来点燃铁粉解决了这个问题。伯格多森说，该公司还提出了一种技术，使火焰燃烧得更稳定，燃烧时间更长。

此外，收集产生的氧化铁也可能很困难。伯格多森说，但Altiro的技术能够确保形成的氧化铁颗粒足够大，可以“不需要高技术或高成本的设备，使用旋风分离和其他方法”轻松捕获。

有些铁粉会不可避免地蒸发并形成氧化铁纳米颗粒，不易收集并还原为铁。Altira和Iron+都已经找到了方法，最小化纳米颗粒形成，减少金属损失。“我们改进了锅炉的热传递效率，”埃因霍温理工大学机械工程教授、Metalot公司的联合创始人、RIFT的首席技术顾问菲利普•德胡耶（Philip de Goey）说，“使纳米颗粒的排放量降低到了原来的1/10，因此（损失）不到0.3%。此外，纳米颗粒被高效空气过滤器（HEPA）捕获，不会排放到大气中。”

德胡耶说，铁燃料发展的下一步是提高该技术的转化效率。还需要跨越一些市场障碍，例如提高铁粉产量和降低生产绿色氢气的成本。

伯格多森说，如果这些问题能够得到解决，那么你就可以使用可再生电力来生产铁粉了，需要存储多久就存储多久，还能方便地将其运输到发电厂，在需要时燃烧。“能源过剩的地方可以生产铁，其他地方可以购买。这样，我们就可以将可再生能源商品化，并在全球范围内配送，不需要输电线。金属可以解决长期储能这个可再生能源转型中的大问题。”

作者：Prachi Patel