Metallijauheet hiilidioksidivapaina energian kantajina

Abstract

Tässä työssä käsitellään metalleja hiilidioksidivapaina energian kantajina. Metalleista saadaan vapautettua energiaa hapettamalla ja metalleihin saa sidottua energiaa pelkistämällä. Työssä keskitytään tutkimuksiin ja tekniikoihin, joissa hapettajana toimii ilma tai vesi. Ilmalla poltettaessa syntyy vain metallioksideja ja lämpöä. Vedellä hapetettaessa syntyy vetyä, metallioksideja ja lämpöä. Työssä esitetään metallien käyttämisen toimintaperiaate ja perusteluja, miksi metallit voisi olla hyvä vaihtoehto. Työssä käydään läpi myös tutkimusten tuloksia ja tekniikoita aiheeseen liittyen.

Metalleilla on monia hyviä puolia, minkä myötä ne ovat lupaavia tulevaisuuden energian kantajia. Osalla metalleista on suurempi energiatiheys kuin fossiilisilla polttoaineilla. Osa metalleista on myös hyvin saatavilla maankuoresta. Useita metalleja voidaan pelkistää päästöttömästi. Metallit ovat useasti melko helposti käsiteltävissä.

Metallien polttamista on tutkittu eniten Eindhovenin yliopistossa ja sieltä lähteneissä yrityksissä, sekä McGill-yliopistossa. Nämä ovat keskittyneet eniten raudan polttamiseen ilmalla. Metallien polttamistekniikkaa on testattu teollisissa käyttökohteissa, mutta tekniikan saralla on vielä ongelmia. Nämä systeemit ovat vielä pienitehoisia ja yritysten tavoitteena onkin skaalata näitä eteenpäin. Metallien hapettamista vedellä on testattu vain laboratoriossa energian tai vedyn tuottoa varten. Metallien vihreitä pelkistystekniikoita kehitetään koko ajan ja osalla nämä tekniikat ovat lähes kaupallisessa käytössä ja osalla vielä laboratorio tai skaalaus vaiheessa.

This thesis examines metals as carbon dioxide-free energy carriers. Energy can be released from metals through oxidation, and energy can be stored to metals through reduction. The focus of the work is on studies and techniques in which the oxidizing agents are air or water. Combustion with air produces only metal oxides and heat. When oxidized with water, hydrogen, metal oxides, and heat are generated. The thesis presents the operating principles of using metals as energy carriers and provides reasons why metals could be a viable option. The thesis reviews research results and techniques related to the subject.

Metals have numerous advantages, making them promising energy carriers for the future. Some metals have higher energy density than fossil fuels. Certain metals are also readily available in the Earth's crust. Many metals can be reduced without emissions. Metals are often relatively easy to handle.

The combustion of the metals has been most extensively at Eindhoven University and its associated enterprises, as well as at McGill University. These institutions have primarily focused on the combustion of iron with air. Metal combustion technology has been tested in industrial applications, but challenges still remain in this field. These systems are currently low power, and companies aim to scale them up. The oxidation of metals using water has only been tested in laboratories for energy or hydrogen production. Green reduction techniques for metals are continuously being developed, with some approaching commercial availability while others remain at laboratory or scaling phases.