Uma Nova Era do Ferro: Combustível Metal para Carbono

May 24, 2023

Por Agência Espacial Europeia (ESA) 4 de junho de 2023

Os cientistas realizaram pesquisas sobre queima discreta, uma forma de fogo que salta de uma fonte de combustível para outra, usando pó de ferro em gravidade zero. O produto que sobra após a combustão é o óxido de ferro, uma substância que não produz dióxido de carbono e pode ser infinitamente reciclada. Após esses experimentos de microgravidade, fornos eficientes de queima de ferro foram desenvolvidos, levando à criação de um armazenamento circular de energia livre de carbono. Uma planta de demonstração está em operação na Holanda, e várias startups estão explorando esse combustível livre de carbono para fábricas e processos industriais. Olhando para o futuro, esse combustível metálico também pode ser usado para postos avançados lunares sustentáveis, potencialmente usando minerais lunares e gelo para produzir pós metálicos para propulsão e água para consumo. Crédito: Ferro+

Os pesquisadores utilizaram experimentos de microgravidade para estudar a queima discreta de pó de ferro, levando ao armazenamento de energia sem carbono e infinitamente reciclável. Isso tem aplicações promissoras na Terra e para futuros postos avançados lunares sustentáveis.

Tudo queima. Dado o ambiente certo, toda a matéria pode queimar adicionando oxigênio, mas encontrar a mistura certa e gerar calor suficiente faz com que alguns materiais entrem em combustão mais facilmente do que outros. Pesquisadores interessados ​​em saber mais sobre um tipo de incêndio chamado queima discreta usaram as instalações de experimentos de microgravidade da ESA para investigar.

Em uma série de voos parabólicos e em foguetes de sondagem lançados da Suécia, uma equipe do professor Jeffrey Bergthorson da McGill University no Canadá e da Eindhoven University of Technology na Holanda investigou a queima de pó de ferro em gravidade zero. A pesquisa deles era física pura, os cientistas queriam saber mais sobre a queima discreta, em que as chamas não queimam o combustível continuamente, mas saltam de uma fonte de combustível para outra. Esta forma de fogo dificilmente ocorre naturalmente na Terra, mas um exemplo é um incêndio florestal onde uma árvore queima completamente e o fogo salta para a próxima árvore quando a temperatura aumenta o suficiente para a combustão.

Este vídeo hipnótico de queima discreta foi gravado durante um experimento de voo parabólico a bordo da aeronave Falcon-20 do Canadian National Research Center, que oferece aos pesquisadores até dezoito segundos de preciosa gravidade zero. Crédito: Equipe Perwaves

A queima de pó de ferro em experimentos em aeronaves de gravidade zero e voos de foguetes permitiu que as partículas de ferro flutuassem e se inflamassem discretamente. Câmeras de alta velocidade captaram o espetáculo e permitiram aos pesquisadores entender melhor o fenômeno, resultando em modelos de computador que mostraram as condições ideais para queimar o combustível na Terra.

Você sabia que o ferro pode queimar? A combustão do pó de ferro visto aqui está ocorrendo em uma base totalmente sem fumaça e livre de carbono. Crédito: TU/e/Solid/Bart van Overbeeke

Com o novo entendimento possibilitado pela pesquisa em microgravidade, tornou-se possível construir fornos de queima de ferro eficientes e práticos.

A vantagem de queimar o ferro se deve à química. Essencialmente, a queima de combustível é o processo de transformação de um material pela adição de átomos de oxigênio. É por isso que o combustível à base de carbono produz o gás de efeito estufa dióxido de carbono quando dois átomos de oxigênio são adicionados ao combustível à base de carbono, como madeira, carvão ou petróleo. Com o ferro, o produto que sobra após a combustão é o óxido de ferro, mais comumente conhecido como ferrugem. Nenhum dióxido de carbono é produzido e o ferro enferrujado pode ser facilmente coletado, pois não forma gás – o ferro queimado não emite nenhum gás nocivo.

A ferrugem do ferro pode até ser processada para remover o oxigênio e devolvê-lo como ferro usando hidrogênio. Ao usar eletricidade de fontes sustentáveis, o ferro como combustível pode se tornar um armazenamento de energia circular e infinitamente reciclável.

Uma planta de demonstração já está funcionando em Budel, perto de Eindhoven, na Holanda, usando ferro como fonte de combustível este gerador pode produzir 1 MW de vapor em uma unidade que fica em um armazém. Uma usina de ferro em escala maior poderia produzir muito mais energia.