¿Sabías que el hierro puede arder? La combustión del polvo de hierro que se ve aquí tiene lugar sobre una base totalmente libre de humo y carbono.
Probada en microgravedad a bordo de cohetes de sonda de la ESA por un equipo de la Universidad McGill en Canadá y la Universidad Tecnológica de Eindhoven en los Países Bajos, esta técnica ahora ha sido aprovechada por Swinkels Family Brewers en los Países Bajos, lo que ayuda a liberar su proceso de elaboración de la cerveza de la dependencia de los combustibles fósiles.
“La mejor manera de reducir las emisiones de carbono a la atmósfera es no emitirlas en absoluto”, explica el ingeniero de la ESA Antonio Verga, quien trabajó en el vuelo de los experimentos del equipo a bordo de los cohetes de sondeo TEXUS .
“La idea surge de un ingenioso equipo de investigadores canadienses y holandeses. Cuando quemamos carbono y oxígeno producimos monóxido o dióxido de carbono, pero si quemamos hierro en lugar de carbono, no se producen gases nocivos en absoluto. En cambio, el hierro se oxida; en términos sencillos, se oxida.
“La idea básica de quemar metal no es nueva, especialmente en el campo espacial, porque los cohetes sólidos dependen de partículas de aluminio como combustible, quemando muchas toneladas en pocos minutos. Pero el aluminio solo se quema con partículas muy pequeñas: el hierro es un combustible más práctico para la combustión controlada, mientras que tiene una densidad de energía comparable a la gasolina ”.
El proceso de combustión funciona de manera diferente a los fuegos de carbón "tradicionales", con el proceso de combustión transferido entre partículas de hierro adyacentes por radiación de calor, similar a la forma en que los árboles vecinos se incendian durante un incendio forestal.
Los experimentos del cohete de sondeo permitieron que las partículas de hierro flotaran libres en ingravidez mientras se quemaban, lo que ayudó al equipo a evaluar el tamaño y la densidad óptimos de las partículas y los niveles de oxígeno, para evitar que la combustión se quemara demasiado rápido o se asfixiara.
Jeffrey M. Bergthorson, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad McGill, comenta: “El experimento de reacciones de percolación-ondas de difusión, PERWAVES, con el apoyo de la Agencia Espacial Canadiense y la ESA, estudia la combustión de suspensiones de partículas metálicas en microgravedad para investigar la física de un nuevo tipo de régimen de propagación de llamas. Comprender la física de estas llamas de metal es esencial para diseñar sistemas de energía de metal flexibles y eficientes para obtener energía libre de carbono ".
Antonio agrega: “Por feliz accidente, se ha encontrado que el tamaño óptimo de las partículas de combustión está en el rango de 25-30 micrómetros, que está cerca de los que quedan del procesamiento del hierro. El tamaño correcto se puede obtener simplemente tamizando ".
En un voto de confianza por la técnica, un equipo de estudiantes de TU Eindhoven trabajó con socios industriales para diseñar la instalación de combustión ahora instalada en Swinkels Family Brewers , subsidiada por la provincia holandesa de Noord-Brabant, que se utiliza para producir vapor para el proceso de elaboración de la cerveza.
"Junto con el equipo de estudiantes SOLID y varias partes industriales, aumentamos las llamas de combustible metálico a pequeña escala de PERWAVES a un tamaño mucho mayor de 100 kilovatios para producir vapor para el proceso de elaboración de la cerveza", explica Philip de Goey, profesor titular de tecnología de combustión en TU. Eindhoven.
“Actualmente estamos desarrollando un sistema de escala aún mayor de un megavatio y estamos planeando una caldera pico piloto de cinco megavatios para la ciudad de Rotterdam. En otro sistema de demostración, estamos realizando la reducción de polvo oxidado a hierro puro utilizando hidrógeno verde. Aún quedan muchos pasos por hacer, pero nuestros primeros resultados parecen prometedores ".
Los cohetes de sondeo PERWAVES de seguimiento también están programados, y el próximo experimento de cohetes de sondeo de la ESA está programado para volar en la primavera de 2022.https://www.esa.int/About_Us/Week_in_images/Week_in_images_14_-_18_December_2020
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