Soudobý průmysl v mnoha případech využívá procesy náročné na vysokou teplotu. Obvykle to řeší fosilními palivy. Zároveň se už ale objevují „zelené“ alternativy, které mohou být pro laika úplně šokující. Právě takové je spalování kovového prachu. Ačkoliv to na první pohled nevypadá a zní to přinejmenším podezřele, jde o levnou, efektivní a překvapivě zelenou alternativu uhlí nebo ropných produktů.
Tato technologie je založená na spalování velmi jemného kovového, například železného prachu, který hoří za vysoké teploty. Při jeho hoření se uvolňuje velké množství energie. Zároveň jde vlastně o oxidaci, při které nevznikají žádné sloučeniny uhlíku, které by se uvolňovaly do atmosféry. Produktem oxidace železa je pouze rez.
A to ještě není všechno. Rez je možné zase poměrně snadno regenerovat na původní kov, s využitím elektrického proudu. Elektřina přitom může pocházet ze solárních článků, které ji vyrábějí rovněž bez emisí uhlíku. Tím vznikne bezuhlíkový systém produkce tepla, který je možné využít v průmyslové výrobě. Železo v takovém případě vlastně funguje jako svérázná „čistá“ baterie pro spalování. Baterie se přitom nabíjí solární elektrolýzou a vybíjí se při spalování, tedy v podobě plamenů a horka.
Zároveň to už není žádné science-fiction. Nizozemský pivovar Brewery Bavaria rodinné společnosti Royal Swinkels Family Brewers se stal prvním průmyslovým provozem na světě, který využívá spalování železného prachu. Ve spolupráci s Metal Power Consortium a nizozemskou technikou TU Eindhovem vznikl v pivovaru Brewery Bavaria cyklický železný palivový systém. Dodává dost energie na výrobu zhruba 15 milionů lahví piva ročně.
Spalování železa přináší celou řadu výhod. Železo je levné a snadno dostupné. Zároveň je velmi snadné ho transportovat. Nabízí rovněž slušnou hustotu uložené energie a vysokou teplotu hoření, která dosahuje až 1 800 °C. Výhodou je i to, že železo nevyžaduje zvláštní péči, jako například vodík, který je nutné výrazně chladit, a že železo při dlouhém uskladnění neztrácí žádnou energii.
Šéf Royal Swinkels Family Brewers Peer Swinkels je podle vlastních slov nesmírně pyšný na to, že se stali první společností v historii, která testuje pozoruhodné kovové palivo v průmyslovém měřítku. Jako rodinný byznys preferují investice do udržitelných technologií a cirkulární ekonomiky, protože se snaží myslet v měřítku generací a nikoliv jen z roku na rok. Díky inovativní technologii spalování železa teď jsou méně závislí na fosilních palivech. A vše nasvědčuje tomu, že budou do této inovace investovat i v budoucnu.
Video: Iron Powder - the green energy solution
Literatura
Budeme spalovat jaderný odpad urychlovačem řízeným transmutorem?
Autor: Vladimír Wagner (04.06.2020)
Radioaktivní „bonbony“ zajistí bezpečnost nové generace jaderných reaktorů
Autor: Stanislav Mihulka (03.07.2020)
Nové thoriové jaderné palivo ANEEL podpoří renesanci jaderné energie
Autor: Stanislav Mihulka (28.09.2020)
Diskuze:
Tak účinnost nemusí být marná
Pavel Hudecek,2020-11-13 22:34:37
Trochu jsem pátral, jak by to z tou redukcí rzi vodíkem (který je nenápadně zmíněn ve videu) vypadalo:
Napřed máme solární elektřinu a vyrobíme vodík elektrolýzou:
https://www.hytep.cz/cs/vodik/informace-o-vodiku/vyroba-vodiku/664-vyroba-vodiku
Příjemné překvapení: 80-92 %
Potom vodíkem redukujeme Fe2O3:
http://chemie.gfxs.cz/data/priklady/16.pdf
příklad 3:
Ještě příjemnější překvapení: Reakce je endotermická, tedy nevzniká odpadní teplo, ale naopak musíme nějaké dodat, protože spalné teplo vodíku spotřebovaného na redukci je nižší, než spalné teplo vyrobeného železa. Účinnost tedy v prvním přiblížení 100 % (dodáme tolik vodíku, aby pokryl komplet spalné teplo železa a trochu kyslíku na spálení části vodíku pro doplnění reakčního tepla). V druhém přiblížení zjistíme, že část tepla se musí ztratit, když ho odnese odpadní pára a výsledné železo. Ve třetím se to zas zlepší, protože část toho odneseného tepla vrátíme předehřevem vstupující rzi, vodíku a kyslíku.
Takže můj odhad je, že celý proces může mít 50-70 %.
Finanční účinnost se ještě mírně zlepší prodáním zbylého kyslíku z elektrolýzy, který byl nahrazen kyslíkem ze rzi (a tam se dostal při spalování ze vzduchu).
Celé se to ale zas může zhoršit nákladama na drcení, pokud ze spalování vyleze rez spečená.
PS: Ale stejně by se mi víc líbilo skladování v E = 1/2.L.I^2
Ano i ne
Pavel Nedbal,2020-11-13 20:07:01
Ne minimálně proto, že při spalování vznikají též NOx. A dále prověřit technologii výroby jimi používaného Fe, jakou má uhlíkovou stopu při výrobě a pivovarníkům nasadit odpovídající emisní poplatky. Myslím, že to bude masakr.
Ano proto, ve smyslu testu zajímavého výstupu brainstormingové diskuze.
Akorát se nevrhnout do jedné varianty po hlavě (do piva), ale pečlivě posoudit celý cyklus (a ten zde asi nebude OK). Těch prvků, nebo sloučenin, které by se mohly skladovat jako energetické nosiče je mnoho a zasloužilo by si to podrobný výzkum(snad to někdo dělá - v menším měřítku by to mohla být krásná temata diplomových prací třeba na VŠCHT), nejen v laborce na stole, ale pak poloprovoz a následně alespoň MWh aplikaci s možností škálování výkonově nahoru, zejména s ohledem na vyjádření ceny energie získané z OZ a prohnané přes úložiště.
Je samozřejmě kardinální otázka, zda za tu cenu bude vůbec možné energii prodávat. Takže zde musí hrát roli ekonomika, žádné finanční podpory provozovatelům FV a VE, ani akumulačním závodům, to musí běžet finančně samospádem, avšak dobře dotovat podporu základního a aplikovaného výzkumu.
Budoucnost
Alois Všeználek,2020-11-13 10:08:46
Te je technologie budoucnosti, představte si těch Tesel na světe a kam s nimi až po dvou letech doslouží.
Re: Budoucnost
Pavel Hudecek,2020-11-13 10:55:29
Vzorové řešení bylo předvedeno samotným zakladatelem: Vystřelit do vesmíru:-)
Jinak bych to ale zas tak hrozně neviděl:
Vymění se baterka a jede se dál. Všechny ostatní díly mají životnost stejnou, nebo delší než v klasickém autě.
Re: Re: Budoucnost
Alois Všeználek,2020-11-13 11:22:48
Pokud budou slícované a nepoteče do kufru. :D
Re: Re: Re: Budoucnost
Pavel Hudecek,2020-11-13 11:30:10
Njn, některé problémy nezávisí na použité technologii. Majitelé starých Škodovek a Žigulíků by mohli vyprávět:-)
je to zázrak
David Pešek,2020-11-13 07:07:21
zázrak, ta technologie potřebuje zázrak, vlastně více - odstranit z železného šrotu veškerý obsah uhlíku a dalších příměsí, a tento šrot získávat nejlépe zdarma, a namlet ho také zdarma, nebo mletí živit z fve která bude taky zdarma a její uhlíková stopa také zázrakem nebude žádná..
Vzhledem k faktu,
František Kalva,2020-11-12 18:36:27
že se autoři vyhýbají energetické bilanci jak čert svěcené vodě, tak to asi velká sláva nebude. Vezmeme li v potaz komplexní cyklus, tj. vytavení Fe z rudy, nakrouhání na piliny předepsané velikosti a jejich skladování, asi ve vakuu, jinak by zrezly, že, komplikace se spalováním (patrně fluidní) a zpětná redukce, evidentně zase vytavením a následným nakrouháním (zde vidím perspektivní
využití zelených mašíblů s pilníkem u svěráku), bude to zase plácnutí do vody.
argumenty
Jan Mrkvicka,2020-11-12 18:32:31
Ten pivovar to reálne používa. To je veľmi silný argument proti kuvičím argumentom v tejto diskusii, ktoré chcú dokazovať ako sa to nedá.
Re: argumenty
František Kalva,2020-11-12 18:38:05
To je stejně pádný argument jako "řetězová hladovka".
Re: argumenty
D. Hruška,2020-11-12 19:46:00
Trollíte nebo to myslíte vážně? Tady v diskusi nikdo netvrdí, že by železný prášek nešel využívat jako zdroj tepla. Pouze to nemá naprosto žádné klady proti konvenčním palivům. Tedy kromě čistě teoretické možnosti výroby železa pomocí obnovitelné energie. Ale tu zase nikdo nepraktikuje, takže na to se Váš argument nevztahuje.
Re: Re: argumenty
Pavel Riedl,2020-11-13 21:30:50
"Pouze to nemá naprosto žádné klady proti konvenčním palivům."
Tak už z článku plyne, že slouží jako zásobárna energie vyrobené v době přebytků a na rozdíl od vodíku nepotřebuje složitou infrastrukturu ke skladování, v porovnání s bateriemi má vyšší energetickou hustotu a jednodušší výrobu. A je recyklovatelný. A to, že to už používají, je silný argument arotože se jedná o soukromou firmu, určitě by na tom nepálila peníze jen tak z plezíru, aby měla článek na Oslu ;-).
bez emisí?
Radek Novák,2020-11-12 13:29:59
Rád bych podotknul, že pokud by šlo o železo, tak se téměř výlučně používá jako slitina s jistým procentem uhlíku rozpuštěného v tavenině. Od Litin, kdy jde o cca 1,5-2 %, až po oceli, kde jej nalezneme v rozpětí cca 0,2-0,9% dle typu oceli. To znamená, že pokud surovina nejprve neprojde nějakou patrně velice energeticky náročnou úpravou, bude výheň při spalování zcela jiste uvolňovat CO2, a nejde tedy o zcela "čistý" proces.
Navíc, pokud jde o oceli, ty bývají legovány dalšími povětšinou kovovými prvky. Jsem si jist, že oxidy některých používaných legur jsou toxické - minimálně třeba oxidy Beryllia jsou velice toxické, problematické budou jistě i oxidy velmi často používaného Niklu, Oxid chromový je též silně jedovatý, atd. Jak energeticky náročná pak je separace takové směsi "rzi", je asi další otázka...
Re: Re: bez emisí?
Radek Novák,2020-11-12 20:26:58
Mno. V pohodě by byla ta první fáze, tj spálení hliníkového prášku - to by patrně opravdu bylo bez zplodin, a oxid hlinitý (korund) je netoxický.
Problém by nastal se zpětnou redukcí oxidu hlinitého. Ten nejde prostě snadno redukovat, jako oxidy železa, a je nutná elektrolýza taveniny tohoto oxidu. Tam to ale je energeticky dost náročný proces, protože oxid hlinitý se používá jako žáruvzdorný materiál na výrobu třeba tavicích tyglíků. Je tedy nutné jít s ohřevem na obrovské teploty. Naproti tomu oxidy železa tečou dříve, než samotné železo, čehož se při redukci ve starých pecích ve středověku využívalo tak, že vyredukovaný kov v redukční tavenině již neteče a spojuje se do tuhé "houby", která se dále zpracovávala již na kovadlině.
Re: Re: Re: bez emisí?
Pavel A1,2020-11-12 21:30:56
No ale tak se snad hliník ve velkém vyrábí - elektrolytickou redukcí oxidu hlinitého. Jen se přitom na uhlíkové elektrodě vylučuje oxid uhelnatý.
Nicméně při pálení železa se také musí nějak to železo napřed vyrobit - redukcí oxidů železa uhlíkem za vzniku toho fuj fuj oxidu uhličitého. Takže sice ten pivovar čistě spaluje železo, ale při jeho výrobě vzniklo přesně stejné mnoství CO2 jako kdyby pálili v tom kotli rovnou koks.
Re: Re: Re: Re: bez emisí?
Pavel Hudecek,2020-11-12 21:40:26
Jedná se o uzavřený cyklus. Takže sice jednou byl při výrobě uvolněn zlý plyn, ale při dalších opakováních cyklu již ne. Pak už oxid redukují vodíkem ze soláru (aspoň tak jsem to pochopil z videa).
Re: Re: Re: Re: bez emisí?
František Kalva,2020-11-13 09:28:34
Nehledě na fakt, že Holanďani museli přemluvit kvasinky, aby vyráběly nějaký jiný plyn při kvašení, protože, i když ho lze poměrně snadno lapat a využít při sycení flaškovaných nealko blemtů, při jejich konzumaci prostě vyšumí. Ano, milí zelení i váš oblíbený energeťák zanechává uhlíkovou stopu!
Re: Re: Re: Re: Re: bez emisí?
Pavel Hudecek,2020-11-13 11:39:48
Nevím proč zrovna Holanďani, tohle bychom měli řešit spíš u nás s pivem.
Výrobce limonády koupí flašky CO2 a je mu jedno, jak byl vyroben. Takže když na tohle dojde, objedná třeba rajský plyn a snížení kyselosti vykompenzuje zvýšením kyseliny fosforečné, nebo v energiťáku zvýší vitamín C. Rajčákem by energiťák získal ještě nový grády:-)
(Návrat do reality: Ten se už dávno dává do šlehačky a žádnej velkej vodvaz z toho lidi nemaj)
Re: bez emisí?
Tomáš Hluska,2020-11-15 11:04:28
Vzhledem k tomu, že má jít o cirkulární ekonomiku/energetiku, zřejmě budou využívat to samé železo, které již spálili. Jak jsem pochopil, tak ho redukují vodíkem, nikoli koksem, takže se do vzniklého železa žádný uhlík nedostane. A takhle to budou pořád točit.
Spíš by mne zajímala ta výroba železných pilin, protože to rozhodně nějakou energii sežere. Navíc to bude nutné udělat těsně přes spálením, aby jim to neshořelo samovolně.
Re: Re: bez emisí?
D. Hruška,2020-11-15 11:42:56
Dobrý den, přeci není problém ty železné piliny skladovat v dusíkové atmosféře. Možnost nežádoucího vznícení skladovaného železa tu už tu zmínilo několik lidí, ale ochranná je technologicky celkem jednoduchý a nenákladný způsob, jak podobnému problému předejít.
Mimochodem - dnes se ve skladech s ochranno u atmosférou skladují například i jablka, aby vydržela čerstvá několik měsíců.
Skvělý marketingový nástroj jak prodat pivo
D. Hruška,2020-11-12 12:49:48
V článku píšou, že v průmyslových provozech je často potřeba dosahovat vysokých teplot. To je pravda. A v těchto provozech se k ohřevu zpravidla využívají paliva s čistě plynnými produkty hoření (metan, vodík, acetylen...). Každý technolog by byl určitě velmi nadšený, že musí z výrobní linky, z pece nebo z reaktoru kontinuálně odstraňovat velké množství žhavé práškové rzi.
Re: 50 mikronů
Alois Všeználek,2020-11-12 12:23:17
https://www.youtube.com/watch?v=tVKBNfjL20c&ab_channel=SOLID
Re: Re: 50 mikronů
Alois Všeználek,2020-11-12 12:27:45
Takže - šrot - rez - laser - železo - hoření - pára - energie ???
Re: Re: Re: 50 mikronů
Jan Novák9,2020-11-12 14:42:27
Ne, šrot obsahuje ve slitinách látky které vytvářejí při hoření jedovaté zplodiny. Je potřeba speciální čisté Fe bez přídatných látek. Taky pokud by se to začalo využívat tak šrotu není dost. Stejně jako jsou pryč doby kdy piliny byl odpad a na pelety se teď mele zdravé dřevo.
Re: Re: Re: Re: 50 mikronů
Alois Všeználek,2020-11-12 17:13:16
Moje poslední informace jsou, že čisté železo nerezne a není možné ho na planetě vyrobit.
Re: Re: Re: Re: Re: 50 mikronů
Pavel Hudecek,2020-11-12 21:34:43
Velmi čisté železo je např. pentakarbonylové. Lze koupit od 69 Kč:-)
https://www.kovyachemie.cz/zelezo/zelezo-pentakarbonylove--50g/
Ale pro tento účel je to vlastně úplně jedno. Uzavřený cyklus, vše v pevné formě, takže případné příměsi (nejsou-li extra jedovaté) nikoho nemusí moc trápit.
Re: 50 mikronů
Alois Všeználek,2020-11-12 18:08:05
Výroba 50 mikronů.
https://www.youtube.com/watch?v=fme4ksrezHY&ab_channel=GalaxySivtekPvtLtd
Re: 50 mikronů
Vladimír Bzdušek,2020-11-12 18:43:24
Pyrolýzou karbonylželeza. Ako študák som raz v labáku nasypal takýto prášok do HCl. Veľkolepý efekt!
Re: Re: 50 mikronů
František Kalva,2020-11-13 09:36:47
Nejsa chemikem, jest mi položiti otázku : Kam se při pyrolýze poděje těch 5 skupin CO ???
(Pokud shoří na CO2 a odvanou, jsme stejně v (_._)!
ekonomická katastrofa
Tomáš Pilař,2020-11-12 11:44:47
Nápad nevypadá úplně šíleně, jenom pokud jako zdroj Fe použijeme levné čínské železa vyrobené klasickou technologií (vysoká pec, redukce uhlíkem). Když to uděláme jinak jsme v háji. Cenu železa vyrobenou v "zelené ekonomice" se snad ani nikdo nepokusil odhadnout. Jenom pokud si představím, že větrná elektrárna by měla být postavena z železa vytaveného pomocí vodíku, vzniklého elektrolýzou pomocí elekřiny z větrné elektrárny, tak jsem si jistý, že se motáme v kruhu. Takhle drahé železo by nikdo nechtěl/ nezaplatil a pak by nebyla ani ta VE
Re: ekonomická katastrofa
Jan Novák9,2020-11-12 14:25:02
To se řeší asi jako revoluční nápad pohlcovat CO2 z tepelné elektrárny vápníkem který snadno vyrobíme redukcí CaCO3 :-)))
Ve srovnání s vodíkem je ekonomické téměř cokoliv, obzvlášť pokud se ten vodík v procesu zkapalňuje. Redukce železa bude spíš v elektrolytu, ten bude ekologicky z kyanidových solí :-))
Zbytky kyanidových solí se uvolní při spalování :-))
Re: ekonomická katastrofa
František Kalva,2020-11-13 09:41:51
Nejen to. To čínské železo by museli tahat starověké galéry na lidský pohon ( a veslaři by nesměli prdět), samozřejmě vyrobené z obnovitelných zdrojů a využívajících nově projektovanou síť evropských kanálů a vodních cest, včetně DOL, případně požívat poštovních holubů. Prostě: viz váš nadpis.
Jakub Fiala,2020-11-12 11:08:01
1800 °C co to je za kotel a materiály, že to vydrží. Něco fludního? Železo respektivě Fe3O4 bude mít negativní dopady i z hlediska koroze. Recyklace Fe3O4 elektrolýzou z roztoku -> bude nutné to chemicky upravit?
Dělám ve firmě vývoj materiálů pro vyzdívky pecních agregátů tak mě to docela zajímá.
???
Martin Zeithaml,2020-11-12 10:05:23
Jakou asi má celý proces účinnost? Jaké jsou náklady na Gj ?
Re: ???
Zdenek Mazanec,2020-11-12 10:38:57
No, pokud rez recykluji zpet na ciste zelezo pomoci elektriny.... neni z principu ucinnejsi vyrabet z te elektriny primo pozadovane teplo?
Re: Re: ???
Pavel Hudecek,2020-11-12 11:10:46
Nepochybně je, ale ne vždy se to hodí, protože se může hodit vysoká teplota, nebo i spalování jako takové, třeba pro redukci nějaké primární suroviny. Zrovna v případě pivovaru mě nenapadá nic, co by vyžadovalo tak vysokou teplotu, takže tam to moc smysl nemá.
Další věc je, že se jedná o způsob skladování energie. Sýpka s tunama železného prachu je nepochybně levnější než odpovídající akumulátory a menší než přečerpávací elektrárna. Řekl bych, že tohle je asi jediná akumulační technologie, kde není problém udělat zásobu na týdny, měsíce a dýl.
Samozřejmě, účinnost nic moc. Jestli jsem to správně pochopil, tak solár elektrolyzuje vodu (40-80 %), vodík se použije k redukci rzi na železo (účinnost neznám). Zkapalnění vodíku má taky dost málo, snad i dost pod 50 %, takže tohle je možná lepší.
Re: Re: Re: ???
Stanislav Kneifl,2020-11-12 11:38:25
No skladování velkého množství železného prachu taky není triviální, aby vám „nevydoutnal“ pomalu sám. Asi by to chtělo bez přístupu kyslíku.
Možná se to hodí, když se chce pivovar chlubit provozem na 100% obnovitelné zdroje a přitom chce vařit pivo i v noci...
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
