Riassunto:
Il gruppo di ricerca del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) in Germania ha recentemente pubblicato gli ultimi risultati della ricerca sottolineando che si prevede che la polvere di ferro diventerà una parte importante del futuro sistema di energia pulita. Questo combustibile riciclabile non solo potrebbe aiutare a immagazzinare e trasportare energia rinnovabile, ma potrebbe anche fornire nuovi usi per la dismissione delle centrali elettriche alimentate a carbone, migliorando la stabilità del sistema energetico e raggiungendo al tempo stesso gli obiettivi di neutralità climatica.
Il sistema energetico della polvere di ferro funziona sulla base di un processo ciclico, hanno affermato i ricercatori. Quando la polvere di ferro brucia, rilascia calore e forma ossido di ferro, noto anche come ruggine. L’idrogeno prodotto da energia rinnovabile può quindi rimuovere l’ossigeno dall’ossido di ferro, riducendolo nuovamente a ferro metallico in modo che possa essere riutilizzato. Durante l'intero ciclo non viene emessa anidride carbonica e non vengono prodotti inquinanti ambientali dannosi.
Il team di ricerca ritiene che uno dei maggiori vantaggi di questa tecnologia sia la sua capacità di utilizzare gli impianti di generazione di energia alimentati a carbone esistenti. Poiché le caratteristiche di combustione del ferro polverizzato sono così vicine a quelle del carbone, molte centrali elettriche a carbone possono essere ammodernate senza una ricostruzione completa. I ricercatori hanno sottolineato che il lavoro di modifica si è concentrato principalmente sulle apparecchiature di combustione e generazione di calore, mentre strutture chiave come turbine a vapore, generatori e sistemi di connessione alla rete possono continuare a essere utilizzate.
Per i paesi con estese infrastrutture per l'energia a carbone, questa opzione è molto interessante. I ricercatori hanno affermato che, prendendo come esempio la Germania, le centrali elettriche esistenti, le reti di riscaldamento e le relative strutture di supporto potrebbero acquisire nuova vitalità, riducendo così i costi della transizione energetica.
Oltre alla produzione di energia, la polvere di ferro è vista anche come un potenziale vettore di trasporto energetico a lunga distanza. I ricercatori prevedono di utilizzare l’elettricità rinnovabile per produrre idrogeno nei parchi eolici costieri o nelle basi solari nel deserto, e quindi utilizzare l’idrogeno per ridurre l’ossido di ferro in polvere di ferro. La polvere di ferro può quindi essere trasportata in aree che richiedono energia e bruciata per rilasciare l’energia immagazzinata.
Rispetto all'idrogeno, la polvere di ferro presenta evidenti vantaggi nello stoccaggio e nel trasporto. L’idrogeno di solito richiede condutture dedicate, terminali di importazione e impianti di stoccaggio sotterranei, mentre la polvere di ferro può essere immagazzinata e trasportata in modo più semplice per lunghi periodi di tempo, riducendo così potenzialmente gli investimenti nella costruzione di infrastrutture energetiche su larga scala. L’elettricità rinnovabile in eccesso in Europa può essere utilizzata anche per completare il processo di rigenerazione della polvere di ferro, formando così un sistema di ciclo energetico regionale.
Per valutare l'effettivo potenziale di questa tecnologia, il team di ricerca ha ampliato il modello energetico PERSEUS esistente sulla base dei risultati del progetto di ricerca "Clean Circles" per includere centrali elettriche a combustibile ferroso, impianti di rigenerazione del ferro e reti di supporto di stoccaggio e trasporto nel sistema di simulazione. I ricercatori hanno poi costruito un modello di sistema energetico europeo a impatto climatico zero per il 2050 e hanno confrontato la soluzione in polvere di ferro con tecnologie come lo stoccaggio dell’energia delle batterie, lo stoccaggio dell’energia dell’idrogeno e la generazione di energia da combustibile a idrogeno.
I risultati della simulazione mostrano che in tutti gli scenari studiati, l'opzione di utilizzare centrali elettriche alimentate a ferro appare nella combinazione di sistemi energetici a costo più basso. Tuttavia, i ricercatori hanno anche sottolineato che questo risultato non significa che la polvere di ferro sostituirà l’energia dell’idrogeno, ma è più probabile che diventi un importante supplemento a quest’ultima.
La ricerca ha scoperto che la tecnologia della polvere di ferro è particolarmente preziosa nei paesi e nelle regioni che non dispongono di risorse idroelettriche o che non dispongono di condizioni di stoccaggio sotterraneo dell'idrogeno. In questi luoghi, la polvere di ferro può aiutare a mantenere stabili le forniture elettriche quando l’energia eolica e solare sono insufficienti per lunghi periodi di tempo. Inoltre, la polvere di ferro può anche condividere parte del fabbisogno di trasporto e stoccaggio dell’energia quando la capacità degli oleodotti e dei terminali di importazione dell’idrogeno è vicina al limite superiore.
Il leader della ricerca ha affermato che la polvere di ferro può svolgere un ruolo unico ed economicamente prezioso nel raggiungimento della neutralità climatica e nel miglioramento dell'affidabilità delle energie rinnovabili in futuro. Tuttavia, se la “nuova era del ferro” sia davvero arrivata dipende ancora da due domande chiave: come sono necessarie modifiche su larga scala alle centrali elettriche a carbone esistenti e se il processo di riduzione dell’ossido di ferro in ferro metallico può raggiungere un’efficienza ed un’economia sufficientemente elevate.
Il team di ricerca ritiene che gli attuali risultati della simulazione mostrino che la polvere di ferro ha il potenziale per diventare una parte importante del futuro sistema energetico europeo a impatto climatico zero, ma la sua competitività finale deve ancora essere dimostrata attraverso la verifica ingegneristica effettiva e l'applicazione commerciale. Mentre la trasformazione energetica globale continua ad avanzare, questo materiale metallico apparentemente tradizionale potrebbe svolgere un nuovo ruolo strategico nella futura era dell’energia pulita.
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