Stoppen we straks ijzer in de tank?

TU Eindhoven onderzoekt ijzer als brandstof

Het lijkt raar, maar volgens onderzoekers van de TU Eindhoven is het logisch: metal fuels. IJzer is een prima brandstof, vooral voor zwaar transport.

Demonstratie van de verbranding van 1 gram titaniumpoeder in de lucht. Beeld TU/e, Bart van Overbeeke

Het zou zomaar een toekomstig tankstationtafereel kunnen zijn: een auto rijdt voor en de bestuurder steekt enkele cassettes met 10 kilogram roestpoeder in de pomp, die vervolgens nieuwe cassettes van 7,5 kilogram ijzerpoeder teruggeeft. De automobilist steekt ze in zijn auto en kan weer honderden kilometers rijden.

Automobilisten gaan misschien wel ijzer 'tanken' in plaats van benzine of diesel - het lijkt een vreemd idee, maar eigenlijk ligt het gebruik van metal fuels voor de hand, vinden onderzoekers Niels Deen en Philip de Goey van de TU Eindhoven. En dan vooral in het zware transport over land en zee.

IJzer is een prima energiedrager, zegt hoogleraar verbrandingstechnologie De Goey, net als benzine en diesel kan ijzer veel energie in een relatief klein volume herbergen. Fijngemalen ijzer kan worden verbrand, waarbij veel energie vrijkomt. Wat resteert is roest, hetzelfde bruine spul dat aan oude auto's en fietsen kleeft. Het mooie is dat roest weer kan worden gereduceerd tot ijzer en water, door er bij hoge temperaturen waterstof doorheen te blazen. 'Als de waterstof gewonnen is uit zonne- of windenergie, ontstaat een gesloten, duurzame keten', zegt Deen, hoogleraar multiphase and reactive flows, in zijn Eindhovense werkkamer.

IJzer is heel goede energiedrager, zeggen de onderzoekers. Het herbergt per kilogram veel meer energie dan bijvoorbeeld de lithium-ionaccu's die nu in elektrische auto's worden gebruikt. Met name voor het langeafstandstransport van goederen over de weg en zee, zijn accu's niet geschikt. 'Nu torst een truck een tank met 600 liter diesel mee. Als je dat wilt vervangen door accu's, heb je het equivalent van 40 ton nodig', zegt De Goey. 'Dat is meer dan het totale laadvermogen van veel trucks.'

Warmte

Zeker in het zeetransport kunnen metaalbrandstoffen hun nut bewijzen, denken de onderzoekers. Want hun volume is relatief gering en het hoge gewicht maakt in een bulkcarrier niet zoveel uit, daar wordt vooral naar het volume gekeken en hier scoort metaal juist goed.

En dan? De warmte die vrijkomt bij de verbranding ('In feite een heel snel roestproces'), kan worden gebruikt voor de aandrijving van een stirlingmotor. Naast transporttoepassingen denken de onderzoekers aan het bijstoken van ijzerpoeder in energiecentrales. Onder meer energieonderzoekscentrum ECN, energiecentraleproducent Mitsubishi en de Budelse zinkproducent Nyrstar hebben interesse getoond om samen met de onderzoekers te kijken of metaalbrandstoffen nuttig gebruikt kunnen worden.

Vliegen op silicium

Niet alleen ijzer is een zogenoemde metal fuel, ook andere metalen kunnen worden gebruikt. Zelfs silicium kan als energie-opslagmedium dienen. Na 'verbranding' daarvan ontstaat siliciumdioxide. 'Je zou je kunnen voorstellen dat je silicium gebruikt als brandstof voor vliegtuigen. De siliciumdioxide die ontstaat, strooi je gewoon achter het vliegtuig uit', zegt Philip de Goey. 'Dit is een wild idee hoor, maar misschien op termijn het onderzoeken waard.'

De wens om energie te willen opslaan in ijzer heeft te maken met de energietransitie die voor de deur staat, waarbij de wereld over gaat van fossiele brandstoffen naar duurzame. Een van de problemen is dat groen opgewekte energie zich nu eenmaal lastig laat bewaren en transporteren en er steeds vaker overschotten ontstaan op momenten dat het stevig waait en de zon flink schijnt. Op zulke momenten zou overtollige elektriciteit gebruikt kunnen worden voor de productie van waterstof uit elektrolyse. Dat is een niet erg efficiënt proces, maar als er energie in overvloed is, maakt dat weinig uit, stellen de onderzoekers.

Ook het omzetten van ijzer in bewegingsenergie is nog niet erg efficiënt: uiteindelijk komt 25 procent van de oorspronkelijke energie vrij in de vorm van nuttige arbeid. 'Dat lijkt laag, maar de meeste verbrandingsmotoren presteren niet veel beter', zegt De Goey.

Nodeloze tussenstap

Zijn metaalbrandstoffen geen nodeloze tussenstap als waterstof ook direct gebruikt kan worden als energiedrager? Waterstof is voor internationaal wegtransport erg lastig, vooral vanwege het grote volume, dat volgens De Goey al snel een factor 5 groter is dan ijzerpoeder.

Bij het gebruik van metaalbrandstoffen dreigt wel een ander probleem: stikstofoxiden (NOx). Die ontstaan bij hoge verbrandingstemperaturen, net als bij dieselmotoren. NOx-vorming kan worden verminderd door zuurstofarm uitlaatgas terug de verbrandingskamer in te leiden, net als bij dieselmotoren gebeurt. En NOx kan op zijn beurt dienen als oxidator van de ijzerdeeltjes, denkt De Goey. Zolang er meer ijzer dan zuurstof in de verbrandingskamer is, worden stikstofoxiden teruggereduceerd tot stikstof. Een andere uitdaging is om alle roestdeeltjes uit de hete gassen op te vangen, al denken de onderzoekers dat meer dan 99 procent haalbaar is.

Een waterstoftankstation in Rhoon. Beeld anp

Het voordeel van het gebruik van metalen is dat ze in grote hoeveelheden voorkomen, ze makkelijk en zonder veel risico getransporteerd kunnen worden en de totale keten gesloten is. Er verdwijnt onderweg geen ijzer, er ontstaat geen kool-dioxide.

'Er moet nog veel onderzoek worden gedaan naar metal fuels, maar we denken zeker dat er nuttige toepassingen zijn', stelt Deen. De onderzoekers hebben zich aangemeld voor een subsidie van het Europese onderzoeks- en innovatieprogramma Horizon 2020. 'Alle losse onderdelen van het proces blijken in laboratoria te werken, nu willen we alles bij elkaar brengen om te zien of het ook in de praktijk werkt.'

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@volkskrant.nl.