Budeme jednou topit železem? V Nizozemsku už to zkouší

Neobnovitelná uhlíkatá paliva mají jednu zásadní vadu na kráse. Během spalování uvolňují oxid uhličitý. Odpadní plyn se od počátku průmyslové revoluce pomalu hromadí v atmosféře a narušuje ustálenou rovnováhu.

Team Solid je multidisciplinární tým studentů z Eindhovenské technologické univerzity, který se zabývá možnostmi využití železitého prášku.
foto: Team SOLID

Za léta vybudovaná slušná atmosférická zásoba je doplňována stále narůstajícím tempem a podle majoritního názorů vědců nejsme daleko od katastrofických dopadů. Na čím dál naléhavější varování bere ohled politická reprezentace a stupňuje opatření.

Bezpochyby jednou dojde i na řešení absolutní v podobě úplného zákazu fosilních paliv. Mnoho vyspělých zemí výhledově předpokládá ukončení využívání petrochemických produktů v dopravě a energetice ke konci století.

Dílčí omezení samozřejmě přijdou mnohem dřív, i když nikoli vždy primárně z důvodu snížení emisí. Třeba Holandská vláda rozhodla o postupném uzavření vlastního naleziště zemního plynu u Groningenu do roku 2030, protože těžba vyvolávala drobné otřesy půdy poškozující budovy.

Tamější průmysl tak čeká složitý úkol do roku 2022 přejít na kvalitnější dovážený plyn s vyšší výhřevností pro něhož budou muset podniky uzpůsobit technologie nebo surovinu ředit dusíkem.

Změna byť pozvolnější se dotkne rovněž sedmi milionů domácností. Úřady teď budou přesvědčovat obyvatele, aby si vyměnili plynové spotřebiče za elektrické. Taktéž se počítá s dotacemi na solární ohřev a tepelná čerpadla.

Právě ze vzpomínaného Nizozemí pochází prototyp zařízení na neobvyklé palivo akceptovatelné v rýsující se éře nulové uhlíkové bilance. Místo paliva by správně mělo být zvoleno označení nosič energie, neboť se nebude těžit, zachytávat či sklízet, nýbrž uměle produkovat nejlépe z volného výkonu udržitelných zdrojů a tím zajistí jejich lepší využitelnost.

Pozici nejdiskutovanějšího favorita pro úlohu energetického prostředníka obsadil vodík. Skutečně má k tomu nejlepší předpoklady. Nicméně existuje další zajímavý kandidát. Studenti z technické univerzity v Eindhovenu pracují na koncepci spalování železného prachu.

Nápad to není vůbec originální. Obecně kovová paliva badatelé začali zkoumat v polovině dvacátého století. Prvně se kovový konkrétně hliníkový prášek začal přidávat do raketových paliv. Dva pomocné stupně na tuhé palivo vynášející raketoplány Shuttle na oběžnou dráhu obsahovaly 80 tun hliníku.

Až později na přelomu století vlivem uvědomění si klimatické zodpovědnosti se přišlo na to, že kovové prášky lze užít místo uhlovodíkových paliv. Nyní po dvaceti letech snažení se objevil hmatatelný výsledek, který zaujme širší veřejnost a nejen zainteresované akademiky.

Zrovna odborníci věnující se této problematice jsou vzácnější. Většina se soustřeďuje na několika institucích kromě technické univerzity v Eindhovenu ještě té v Kanadském Montreálu, Německé Bochumi a Francouzském Orleansu.

Aby dosáhli úspěchu, přemýšleli nad možným i nemožným. Někteří experti se zabývali dokonce bláznivým nápadem pohánět práškovým kovem klasické pístové motory s vnitřním spalováním, ale abrazivní působení hrubších metalických částic ho nečiní zrovna vhodným palivem pro tento typ strojů.

Přátelštější nanočástice sice válec více šetří, zato překvapivě neúměrně vzhledem k vyššímu aktivnímu povrchu špatně hořely a oxidovaný materiál nešel zachytit jinak než HEPA filtrem.

Naopak realistické je stabilně provozovat zařízení s vnějším spalováním za účelem získání tepla pro průmyslové procesy, vytápění nebo přeměnu tepla za pomocí termodynamického cyklu na mechanickou práci a tu pak zase na elektrickou energii. Tepelný motor by také mohl roztáčet lodní šroub a bez legrace po šikovné miniaturizaci i kola automobilů.

Pro některá průmyslová odvětví jmenovitě chemické, stavebních hmot, sklářské a keramické představuje obzvláště důležitou vlastnost, že spalování kovů může napájet provozy vyžadující vysokou teplotu obtížně dosažitelnou třeba obnovitelnými zdroji ve spojení s elektrickým tepelným čerpadlem, jehož limituje teplota 250 °C.

Plamen různých kovových prášků. Zleva doprava methan, železo, hliník, hliník/bor, zirkonium.

Plamen různých kovových prášků. Zleva doprava methan, železo, hliník, hliník/bor, zirkonium.
foto: Laboratoř alternativních paliv, McGillova univerzita

Plamenem shoří jakýkoliv kov, který se namele na dostatečnou jemnost, ovšem jen jediné železo se vyskytuje ve středu zájmu. Jistě k tomu přispívá fakt, že z jeho zpracováním do prášků pro práškovou metalurgii máme bohaté zkušenosti. Dále je všudypřítomné a netoxické.

Slučováním železa a kyslíku vzniká kromě 7,4 MJ tepla na každý kilogram kovu ještě příslušný pevný oxid železitý hnědočervené barvy, který lze s určitou volností triviálně nazvat rez, ačkoli skutečná rez vykvetlá na železných předmětech vystavených vzduchu a vzdušné vlhkosti obsahuje chemicky komplikovanější a hydratovanou formu oxidu.

Nejsou-li částečky oxidu příliš malé je možné je zachytit téměř se stoprocentní účinností v cyklonu, což je běžné zařízení na odlučování pevných částic, na jehož principu mimochodem pracují vysavače značky Dyson. Do atmosféry tak neutíká žádná natož škodlivá látka a nashromážděný “popel” putuje na recyklaci.

Posledním velkým mezníkem v oboru representuje už nakouslá instalace od třináctičlenné skupiny studentů tvořící takzvaný Team SOLID. Podstata vývojového posunu spočívá, že se nejedná pouze o samostatný hořák pro charakterizaci chování kovového paliva, ale o komplexní systém, co hravě vytopí rodinný domek.

Představený kotel na železo generující 20 kW výkonu tým SOLID úspěšně odzkoušel v laboratoři. Ohřál s ním vodu, vytvořil horkou páru a vyrobil elektřinu za přispění Stirlingova motoru.

Hlavní fígl zajišťující správnou funkci demonstrátoru vězí v části, kde se mísí proud vzduchu s dopraveným železným práškem. Odtud je heterogenní směs vedena do hořáku ve spalovací komoře, z něho po zapálení vychází poměrně homogenní plamen ne nepodobný plamenu doprovázející hoření dřeva nebo uhlí.

Pouze na okrajích hořící disperze probleskují jiskry prozrazující, že potrava ohně má blízko k pyrotechnické složi prskavek. Jakmile proud spalin opustí spalovací komoru, odevzdá teplo ve výměníku a nakonec putuje do cyklonu místo komínu.

Skupina sice zdárně vyřešila způsob efektivního uvolnění energie uložené v železném prášku. Ale další část problému spojeného s nosičem energie spočívá umět tento nosič čistě recyklovat.

Železo dnes získáváme environmentálně špinavou metodou redukcí uhlíkem. Naštěstí kovové železo lze připravit také snadno redukcí vodíkem a vodík zase redukcí elektrickým proudem pocházejícího z nízkoemisních elektráren.

Zde je na místě položit si regulérní otázku. Proč vodík dál převádět na železo? Vždyť svůj účel energetického prostředníka splní stejně dobře a kvalitně a zároveň by se dále neprohlubovala ztráta při transformaci energie.

Odpověď se nachází v rovině emoční a technické. Za prvé nakládání s vodíkem se bude potýkat s těžko zbavitelnými obavami z jeho vysoké hořlavosti a výbušnosti. Za druhé ve stlačené podobě disponuje malou objemovou hustotou energie, a to i v kapalném stavu. Navíc skladování plynu za vyššího tlaku se neobejde bez kompresoru a tlakových nádob.

Svou užitečnost si železný prášek obháji též proti stacionárním akumulátorům a jiným dočasným uschovnám elektrického proudu. I zde platí zaklínadlo lepší objemové hustoty energie. Mimoto ukládání energie do železných částic není limitováno pevně danou kapacitou.

Opomenuto nesmí být ani hledisko vycházející ze zažitých zvyklostí. V této souvislosti někomu může přijít sympatické, že se s kovovou hmotou bude obchodovat jako s uhlím a někomu zase, že si bude moct udělat strategické zásoby.

Nechť se zdá spalování železa v náhledu dnešní doby téměř transcendentní záležitost, nikdo není tak neomylný prorok, aby předpověděl cestu, jež zvolíme a proč. Proto je dobře, že vědci rozvíjí momentálně okrajovou variantu energetického hospodářství. Třeba se bude hodit.

vlastní

37 Comments on “Budeme jednou topit železem? V Nizozemsku už to zkouší”

  1. Nepočítal jsem, jak došli k závěru, že se při
    Nepočítal jsem, jak došli k závěru, že se při spalování uvolní 7,4 MJ/kg, vypadá to, jako dost. Kotel o výkonu 20kW je dostatečně výkonný i pro velké byty. Když to přepočítám, tak vychází spotřeba 1 kg/6 minut, Tj. 240 kg/den. Za měsíc je to něco přes 7 tun. Bude se to muset skladovat v parotěsných obalech, při oxidaci se zřejmě ztratí nejen výhřevnost, ale může se to začít i spékat. Závěr, zajímavý nápad, ale realizace? Zatím nic moc.

  2. Brána do pekla v Derweze (Darvaza) na území Turkmenistánu
    Brána do pekla v Derweze (Darvaza) na území Turkmenistánu už hoří skoro 50 let a nevidím, že by uctívači oxidu uhličitého pro zastavení tohoto hoření něco udělali. Všechno kolem oxidu uhličitého jsou jen propagandistické žvásty, na kterých někteří bohatnou.

    1. Darváza? To je dobré, Hindsky darváza znamená dveře. No a
      Darváza? To je dobré, Hindsky darváza znamená dveře. No a protože má Hindština i Čeština (Slovanské jazyky obecně všechny) společného praotce v Sanskrtu, tak ta podobnost s dveřni v Čestině bude asi taky čistě náhodná. 🙂

    2. Samozřejmě, že to jsou kecy ale politické strany z toho
      Samozřejmě, že to jsou kecy ale politické strany z toho mají mraky peněz, globální oteplovači z toho mají prachy, média také. Teplota a množství CO2 se na Zemi měnily vždycky a zrovna největší množství bylo v době ledové, cca 10 – 20 x větší než teď. Prý majoritní názor vědců….kecy

        1. Počasí se mění neustále, s tím se nedá nic dělat. CO2
          Počasí se mění neustále, s tím se nedá nic dělat. CO2 na to nemá takový vliv jak globální oteplovači tvrdí. Zvyšování hladiny CO2 nemá na oteplování planety lineární vliv, ono to pohlcuje jen určité spektrum záření a i když se zvýší CO2 dvojnásobně, tak už to má naprosto nepatrný efekt. Schválně se podívejte na nějaké přednášky na tuto tématiku. Od doby ledové se hladina moří zvedla cca o 130 metrů. V posledních 120 letech asi o 20cm, teplota planety se údajně zvýšila o 1,5°C. Ještě v 70. letech vládlo několik let neobvykle chladné počasí a vědci plašily, že nastává další doba ledová a mezi roky 2030 až 2060 má mít slunce sníženou aktivitu, takže nikdo nemůže říct co a jak bude. Všechno jsou jen teorie ale na globálním oteplování se prostě dobře vydělává.

            1. A on někdo měřil teplotu všech oceánů v průběhu sta
              A on někdo měřil teplotu všech oceánů v průběhu sta let? Ono to totiž vůbec není jednoduché, stejně tak jako měřit teplotu celé Země v průběhu sta let s přesností na desetiny stupně. Tohle je takové nové náboženství a kdo se tomu názoru nepodvolí, bude upálen. Vy si zase zkuste poslechnout tohoto pána. youtube.com/watch?v=TCy_UOjEir0&t=1409s

              1. Ja z toho clanku pochopil, ze teplota oceanu se zvedla az
                Ja z toho clanku pochopil, ze teplota oceanu se zvedla az posledni dobe, oceany jsou jak velka akumulacni nadoba, takze dlouho trvalo, nez se nahraly.
                Prozradite mi, jak vydelavaji ekologove na svych teoriich a ja nikdo nevydelava na soucasnem stavu? Ja osobne jsem zastancem vedy, je treba vymyslet nove technologie a to nejen proto, ze stavajici nebudeme moci vyuzivat donekonecna. Mimochodem, jak Vam voni vyfuk a komin? Lepe jak vetrnik a solat? 🙂
                Mimochodem, Vami zminovany pan je fyzik ne klimatolog. Na vsetko nam treba odbornikov.

                1. Tyhle výzkumy IPCC jsou placené několika státy a
                  Tyhle výzkumy IPCC jsou placené několika státy a výzkumníci to zadarmo nedělají. Ekologické projekty jako solární pole jsou také masivně sponzorované státem a někdo, hlavně kamarádi politiků si na to taky slušně vydělají a pak zpátky sponzorují levicové strany. Např. demokraty v USA. U nás byla fotovoltaika taky pěkný tunel. Pak tu máme biopaliva, to nepřináší z hlediska ekologie nic ale pěkně se na tom vydělává. Já osobně určitě nejsem proti vědě, podporuji elektromobily a soláry ale ty by se měli stavět ve městech a ne na zelené louce. Já si jen myslím, že tohle plašení s CO2 je nafouknutá bublina. Nezbytnost kvality ovzduší a čistoty vodních zdrojů tu nikdo nezpochybnuje. Kdybyste měl věřit klimatologům, tak dnes už měli být 20 let roztáté polární čepičky a New York měl být pod vodou. Oni zkrátka lžou a manipulují.

                2. To, ze jsou vedci placeni staty je logicke, jsou to casto
                  To, ze jsou vedci placeni staty je logicke, jsou to casto zamestnanci univerzit a dostavaji granty. Nejsou nahodou odpurci oteplovani a negativniho dopadu lidske cinnosti na klima placeni ropnymi firmami? 🙂
                  Za tunel s fotovoltaikou u nas mohli ciste a jen zakonodarci. S jejich stavbou souhlasim, i kdyz bych osobne s nima osazel i meze treba kolem dalnic. Biopaliva souhlas, jen jejich zavedeni omlouva, ze se myslelo, ze budou mit prinos. Jen nechapu, z ejakmile se prokazal opak, ze nebylo jejich michani zakazano. Takze to se jen chytnou lobisti neceho, co melo mit prospech pro nase zdravi, jen to nebylo dostatecne vyzkoumane.
                  Vite, ze jaderna elektrarna vyprodukuje za svuj zivotni cyklus vice SOx jak plynova?

                3. V EU už není povinné přidávat biosložky do paliva, jen u
                  V EU už není povinné přidávat biosložky do paliva, jen u nás si to stihl prosadit Babiš před 5 – 6 lety ? To s jadernou elektrárnou jsem nevěděl, ale asi není problém to odfiltrovat? Bez jaderných elektráren se ještě dlouho neobejdeme, zvlášť pokud se bude přecházet na elektromobily. A s tím plynem se divím, že se to víc nepouživá i třeba v autech, emise jsou tam nula nic kromě CO2.

                4. Pak se nedivim, ze lide nemaji radi ekology, kdyz jsou pak
                  Pak se nedivim, ze lide nemaji radi ekology, kdyz jsou pak zneuzivani – viz bioslozky. Vim, ze EU dovoli je tam nemichat a vim, co pro nas dela Babis (mene jak pro sebe).
                  To s JE (kliknete na Energetika a par nasledujicich slajdu) odfiltrovat nelze, nejedna se o produkci vyrobou elektrarny ale jeji stavbu, odstraneni a provoz. Asi by se to vyrazne snizilo, kdyz by nebyl pouzit cement (nebo jeho vyroba byla ekologictejsi) a zadny spalovaci dopravni prostredek. Bez JE se musime obejit, jsou drahe a neflexibilni. Plynovky maji vyhodu ve flexibilite a jednoduchosti.

                5. Tak jsem si to přečetl a jaderné elektrárny na to nejsou
                  Tak jsem si to přečetl a jaderné elektrárny na to nejsou vůbec špatně. Plynové elektrárny jsou fajn, ale produkují přece CO2 a díky tomu se tu všichni za pár let upečeme, nebo ne? 🙂 Podle ekologů a klimatologických alarmistů se musí zakázat všechny fosilní paliva, plyn nevyjímaje. A možná je to dobrý nápad, protože by to vyřešilo i přelidnění planety 🙂

                6. Vam CO2 nevadi, ne? 🙂 Ja bvych byl radeji pro male plynove
                  Vam CO2 nevadi, ne? 🙂 Ja bvych byl radeji pro male plynove nez velke jaderne prave kvuli te regulaci a proto, ze se nemusi drzet teple zalohy. Navic plynove maji financne nizsi externality jak jaderne. Osobne si myslim, ze by se spotreba plynu z domacnosti mela prenest prave do elektraren. Umime topiut s vyssi efektivitou jak 107% (kondenzacni kotel) a i indukce s emi zda lepsi jak plynovy sporak.
                  Jsme lide a mame svedomi, ti bohatsi vzdy budou posilat humanitarni pomoc do mist, kde jsou na tom lide spatne, takze prelidnenost bych resil stehovanim na jine planety nez zvysenou umrtnosti. Zda s emi to i neefektivni tak plytvat lidskymi zdroji (jde mi hlavne o rozvijeni vedomosti a nikdy nevite, kde se narodi pristi Newton).

                7. Temelín stál podle wikipedie skoro 100 miliard, spuštění
                  Temelín stál podle wikipedie skoro 100 miliard, spuštění obou bloků v roce 2003, návratnost skoro 20 let. Já osobně bych to nerušil dokud to půjde. A lidí je opravdu moc, pokud budou neustále přibývat, tak se nutně musí vyhubit skoro všechna divoká zvířata, vyloví se ryby v oceánech, na ekologii tyhle země kašlou, vykácí se všechny pralesy. V tomhle ohledu moc optimistický nejsem, jinak to dopadnout ani nemůže. No já vím, kde se Newton určitě nenarodí – v Africe. Uhelné elektrárny se asi časem na plyn přestaví, to bude jedině dobře.

                8. Nemel jsem na mysli rusit postavene, pokud je bezpecne a
                  Nemel jsem na mysli rusit postavene, pokud je bezpecne a ekonomicke je provozovat, ale urcite nestavet nove, protoze nejvetsi zatez je pri stavbe a likvidaci. No a jeste spocitejte,m kolik bude stat ta likvidace JE.
                  Budeme jist cervy 🙂 Jste teda slusny pesimista, i kvuli svym detem doufam, ze to tak zle nedopadne. Musime jit prikladem.

                9. Pavel K:
                  107% je nesmysl, reklamní blábol.

                  Stěhování

                  Pavel K:
                  107% je nesmysl, reklamní blábol.

                  Stěhování na jiné planety?
                  Ty asi ujíždíš na drogách…?

                10. Ja vim, ze realna ucinnost kondenzacniho kotle je 100%, ale
                  Ja vim, ze realna ucinnost kondenzacniho kotle je 100%, ale nechtel jsem, aby mi nekdo rekl, ze mu nepreji 🙂
                  Ja ne )za meho mladi frcel chlast, drogy jsme neznali a na stara kolena je zkouset nehodlam), to Elon (jak se stehovanim, tak s drogama). Mimochodem, nevzal byste Elonovi ridicak, kdyz si zapalil jointa? 🙂 Urcite je v provozu nebezpecny.

                11. Pavel K:
                  Je to ulítlej podnikatel.

                  Pavel K:
                  Je to ulítlej podnikatel.

                12. Neodpovedel jste na otazku, zda je zraly na odebrani ridicaku
                  Neodpovedel jste na otazku, zda je zraly na odebrani ridicaku dle Vasi definice 🙂

  3. Som v tomto dost skeptický a myslím si, že celková
    Som v tomto dost skeptický a myslím si, že celková účinnosť tohoto systému bude dosť mizerný. V celom procese je vela prevodníkov energie. Nakoniec aj mletie železa v gulových mlynoch si niečo ukradne.
    Skôr by som vsadil na hliník, ktorý sa dá vyrábať priamo elektrolýzou a z hliníka priamo elektrina v hliníkovom palivovom článku

    en.wikipedia.org/wiki/Aluminium%E2%80%93air_battery

  4. Veľmi zaujímavý výskum. V kontexte (potenciálne)
    Veľmi zaujímavý výskum. V kontexte (potenciálne) enormných prebytkov energie v lete a nedostatku v zime (v našich zemepisných šírkach) je to veľmi sľubný smer. Otázna je efektivita celého procesu. Trefne je spomenuté, že ako koncovému používateľovi by mi podstatne menej prekážalo mať doma vrecia železného prášku namiesto tlakových nádrží s vodíkom.

    1. bez ťažkej mechanizácie by som ostal pri spaľovaní
      bez ťažkej mechanizácie by som ostal pri spaľovaní domáceho odpadu, petflašiach a vyjetom oleji

      a naskladať do „kotolne“ tú hmotnosť 100*100*100mm=8kg bruto! je to namáhavé na prsty, skúste dlažobné kocky, raz som bol v skupine, čo vykladala plošinový železničný vozeň s čapmi tankových pásov. je to ťažšie ako vykladať „ťažšie“ články pásov (chytať iba prstami oproti dvoma rukami).

  5. Jinak je vidět, že v EU se stále vyhazují prachy na
    Jinak je vidět, že v EU se stále vyhazují prachy na vzdálený výzkum, který bude možná potřeba za 50 let, až na světě nebude dost plynu, ale v aktuálním vylepšování baterií jsou před EU jak Čína tak i Japonsko, malá Jižní Korea a USA.

    1. Nová zelená úsporám teprve teď přestala dávat dotace na
      Nová zelená úsporám teprve teď přestala dávat dotace na kotle spalující jen uhlí, do budoucna musí přestat dávat dotace na kotle spalující uhlí nebo dřevo, a kdo ví, kdy se podaří dosáhnout toho, aby nedávala dotace na nejmodernější malé spalování dřeva s vyšší produkcí nebezpečných nanosazí.

      A teprve pak se může začít smysluplně uvažovat o potlačování domácího spalování plynu vodíkem nebo elektrickým vytápěním.

    2. ak vašu požiadavku podrobím mojej skúške AD ABSURDUM,
      ak vašu požiadavku podrobím mojej skúške AD ABSURDUM, tunáprestaneme spaľovať ruský plyn, rusi ho budúspaľovať priamo na zdroji, čím sa oteplí práve tam, kde z permafrostu uniká metan. ten je podstatne „skleníkovejší ako co2.
      a prechodom na oze budeme v lete kúriť a v zime mrznúť. lebo také už oze sú. minimálne tuná.

Napsat komentář