عصر جدید آهن در افق است / محققان به شیوه‌ای نوین برای تبدیل زنگ‌آهن به منبع انرژی پاک دست یافته‌اند
بر اساس گزارش خبرآنلاین، پودر آهن ممکن است در آینده به عنوان نوعی باتری بزرگ و قابل‌حمل عمل کند. این ماده قابلیت ذخیره‌سازی انرژی تولید شده از منابع تجدیدپذیر را برای مدت زمانی طولانی دارد و می‌تواند این انرژی را به شکل گرما و برق در زمان نیاز به شبکه ارائه کند. یکی دیگر از مزایای این طرح، امکان بهره‌گیری مجدد از برخی از زیرساخت‌های نیروگاه‌های زغال‌سنگ است.
ایده اصلی این فناوری به سادگی به نظر می‌رسد. با سوزاندن پودر آهن، گرما تولید می‌شود و زنگ‌آهن باقی‌مانده از این واکنش، با کمک هیدروژن دوباره به حالت اولیه‌اش، یعنی آهن، برمی‌گردد. بدین ترتیب، این ماده می‌تواند بارها و بارها برای ذخیره و آزادسازی انرژی مورد استفاده قرار گیرد.
بر اساس گزارشی که وب‌سایت SciTechDaily منتشر کرده است، محققان موسسه فناوری کارلسروهه (KIT) یک چرخه را مطالعه کرده‌اند که در آن پودر آهن می‌سوزد و انرژی آزاد می‌کند. محصول این واکنش اکسید آهن نام دارد که به زنگ‌آهن نیز شناخته می‌شود. در قدم بعدی، هیدروژن تولید شده با انرژی تجدیدپذیر اکسیژن را از اکسید آهن جدا می‌کند و آهن را دوباره به دست می‌آورد. این آهن می‌تواند دوباره به صورت پودر آماده شود و برای سوزاندن بعدی استفاده گردد.
در این چرخه، آهن به عنوان یک حامل انرژی عمل کرده و بر خلاف سوخت‌های فسیلی، در طی فرآیند مصرف از بین نمی‌رود. انرژی اولیه از منابع تجدیدپذیر تأمین می‌شود که برای تولید هیدروژن و احیای اکسید آهن مورد استفاده قرار می‌گیرد. در نتیجه، آهن را نمی‌توان به عنوان منبع انرژی مستقل دانست، بلکه نقش آن در ذخیره و انتقال انرژی است.
برای درک این فناوری، بایستی واکنش آهن با اکسیژن را مورد توجه قرار داد. وقتی که پودر آهن احتراق می‌شود، ترکیبی با اکسیژن موجود در هوا ایجاد می‌کند و اکسید آهن تولید می‌شود. اکسید آهن همان ترکیب معروف زنگ‌آهن است. این واکنش گرما ساطع می‌کند و این گرما می‌تواند برای تولید بخار و چرخاندن توربین‌های نیروگاه به کار رود.
اما بر خلاف زغال‌سنگ یا گاز طبیعی، در این فرآیند آهن به طور کامل مصرف نمی‌شود. این فلز تنها به نوعی دیگر تبدیل می‌گردد. در مرحله بعد، می‌توان اکسیژن را از اکسید آهن جدا کرده و بار دیگر آهن را به دست آورد.
برای این عمل، از هیدروژن کمک گرفته می‌شود. هیدروژن با اکسیژن موجود در اکسید آهن واکنش داده و آب تولید می‌کند. این فرآیند منجر به آزاد شدن دوباره آهن می‌گردد و امکان تبدیل آن به پودر مهیا می‌شود تا برای سوزاندن بعدی آماده باشد.
بنابراین نکته حائز اهمیت این است که تولید هیدروژن به انرژی نیازمند است. اگر این هیدروژن با استفاده از برق حاصل از باد و خورشید تولید شود، انرژی تجدیدپذیر به صورت موثری در آهن ذخیره می‌شود. به همین دلیل، آهن به خودی خود منبع انرژی نیست بلکه مانند یک حامل قابل استفاده مجدد، انرژی را از زمان و مکانی به زمان و مکان دیگر منتقل می‌کند.
استفاده دوباره از نیروگاه‌های زغال‌سنگ
یکی از جذاب‌ترین جنبه‌های این ایده، امکان بهره‌برداری مجدد از نیروگاه‌های قدیمی زغال‌سنگ است. پودر آهن در زمان احتراق گرمای زیادی تولید می‌کند و می‌تواند به عنوان جایگزینی برای زغال‌سنگ در فرآیند تولید گرما به کار رود. با این وجود، نیروگاه‌ها برای استفاده از این سوخت جدید نیاز به تغییراتی در تجهیزات احتراق و برخی قسمت‌های دیگر خواهند داشت.
در صورت موفقیت این تغییرات، بخش‌هایی از زیرساخت موجود مانند توربین‌های بخار، ژنراتورها، اتصال به شبکه برق و حتی شبکه‌های گرمایش شهری می‌توانند حفظ شوند. این مسئله برای کشورهایی مانند آلمان که دارای نیروگاه‌های زغال‌سنگ و زیرساخت‌های مرتبط زیادی هستند، حائز اهمیت است.
پودر آهن به‌علاوه به انتقال انرژی کمک می‌کند. به عنوان مثال، برق تولید شده در مزارع بادی ساحلی یا نیروگاه‌های خورشیدی در مناطق آفتابی می‌تواند برای تولید هیدروژن به کار رود. هیدروژن تولید شده سپس اکسید آهن را به آهن تبدیل می‌کند. پودر آهن حاصل می‌تواند با قطار یا کشتی به مناطق دیگر منتقل شده و در آنجا برای تولید گرما و برق سوزانده شود.
آیا سوخت آهن واقعا پاک و اقتصادی است؟
این فناوری هنوز با چالش‌هایی مواجه است. احیای اکسید آهن به هیدروژن و انرژی نیاز دارد و لازم است که مشخص شود این فرآیند در مقیاس صنعتی چه میزان بازدهی و هزینه‌ای دارد. همچنین، تبدیل نیروگاه‌های زغال‌سنگ به نیروگاه‌های سوخت آهن ممکن است نیازمند تغییرات فنی قابل‌توجهی باشد.
از سوی دیگر، عدم انتشار دی‌اکسیدکربن در هنگام سوزاندن آهن به معنای عدم تولید کربن در کل چرخه نیست. استخراج و فرآوری آهن، تولید هیدروژن و نقل و انتقال مواد نیز باید با استفاده از انرژی کم‌کربن صورت گیرد.
۵۸۵۸