Vanliga metaller kan omvandlas till el och värme

Behovet av energilagring växer i takt med att andelen oplanerbar el från vind- och solkraft växer. Forskare har börjat inse att vanliga metaller, såsom järn och aluminium, fungerar alldeles utmärkt att förbränna för att göra el och värme av. Med hjälp av sol- eller vindenergi kan det oxiderade pulvret sedan bli vanlig metall igen. Enligt forskarna är processen säker, billig och fossilfri. De hoppas på en testanläggning i Sydsverige där elproduktionen behöver byggas ut. Kunskapen att metaller kan förbrännas är känd men tekniker för att få det att fungera har inte utvecklats.

Vid Lunds universitet finns en forskargrupp som hör till världseliten när det gäller förbränning. De vet i detalj vad som sker när fossila och biobaserade material oxideras och förvandlas till värme – och därmed hur processen kan effektiviseras.

Sedan några år har de med sina laserstrålar och höghastighetskameror även börjat studera brinnande metaller, främst järn och aluminium, och har redan hunnit publicera ett stort antal vetenskapliga artiklar inom området.

Varför detta nyvakna intresse? Jo, tillsammans med några forskargrupper i Tyskland, Kanada och Holland har de landat i slutsatsen att dessa vanliga metaller är så pass lovande som både energikälla och energibärare att de skulle kunna fungera som ett inslag i energiförsörjningen.

– Förbränning som process är fantastiskt bra, det är inte det som är problemet. Det är fel på bränslena. Åttio till nittio procent av världens energiförvandling sker med förbränning, säger Marcus Aldén, professor i förbränningsfysik vid LTH, Lunds universitet.

Metaller har studerats och tidigare använts praktiskt i exempelvis militära sammanhang samt i rymdsammanhang.

– Det som är nytt är att först nu ser man  dessa bränslen som ett realistiska alternativ i en global energiförsörjning. Vi behöver nu alla möjliga alternativ och metaller har i detta sammanhang inte tidigare ansetts vara ett alternativ, vare sig praktiskt eller ekonomiskt, säger Marcus Aldén. 

Billig, vanlig, säker, fossilfri och går att återanvända

Det finns flera fördelar med metallförbränning, enligt Aldén. Den släpper varken ut koldioxid eller skadligt sot. Den är också billig och säker att använda.

Och inte minst går det att återanvända det som blir kvar efter att metallen förbränts och värmen tagits om hand. Med hjälp av sol- eller vindenergi kan det oxiderade metallpulvret tas om hand och återskapas till sin ursprungsform. (se mer i faktaruta).

Bättre än vätgas för att lagra energi

Behovet av energilagring växer i takt med att andelen oplanerbar el från vind- och solkraft växer. När det är blåsigt eller soligt finns ett överskott av energi som bör användas till att bygga upp ett lager för dagar då tillgången till grön energi är sämre.

I samband med andelen väderberoende el växer sätt stora förhoppningar till att använda vätgas som energilager. Vätgasen behövs, men enligt Marcus Aldén har metaller flera fördelar för att lagra energi.

– Eftersom vätgas har ett så lågt energiinnehåll behöver man öka trycket när det ska lagras. Det medför ökade kostnader och skärper säkerhetskravet för lagring och transport, säger han.

Hoppas på anläggning i Barsebäck

Forskningen tog sin början år 2019 då Marcus Aldén fick 34 miljoner från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse för studier av förnybara bränslen, förutom metaller även biomassa och ammoniak. Sedan dess har han och kollegan Zhongshan Li, också professor i förbränningsfysik, publicerat sju vetenskapliga artiklar inom området.

– Det har tagit skruv ordentligt sedan dess. Vi kan fortsätta och publicera vetenskapliga artiklar, så vi har egentligen inget egenintresse i att skala upp tekniken. Men med tanke på dagens aktuella energidiskussioner och att Sydsverige snabbt behöver mer egen elpropduktion ser vi en möjlighet att testa tekniken i större skala.

– Varför inte i Barsebäck, där man talat om att bygga ett energicenter? föreslår han.

Metaller driver ett ölbryggeri

Kollegorna i holländska Eindhoven, som också forskar om metallförbränning, har inte publicerat lika många artiklar som kollegorna i Lund.

Däremot testar de tekniken i mer tillämpbar skala. Just nu bygger de en testanläggning i ett ölbryggeri där bryggeriets el och värme kommer från förbränning av järnpartiklar. Ungefär som ett litet kolkraftverk men där kolet är utbytt mot järn.

– Något liknande i Skåne och Sverige vore spännande, säger Marcus Aldén.

Så här går det till

1, Metallpulver, vanligtvis järn eller aluminium, sprutas in och förbränns genom att reagera med upphettad luft eller vattenånga. Värmen som frigörs kan användas för att driva turbiner som i sin tur producerar elektricitet. Alternativt kan man välja att producera vätgas och i så fall sker förbränningen med het vattenånga. Kvar blir metalloxid i form av ett pulver.

2, Med hjälp av elektrolys kan metalloxiden omvandlas till metall igen. Det kan göras genom att metalloxidpulvret hälls i en lösning med kryolit i vilken man stoppar ner två strömförande elektroder för att starta en kemisk reaktion (elektrolys). Som strömkälla används sol- eller vindkraftverk. Oxiderade järnpartiklar kan också reduceras med hjälp av vätgas.  Det finns också andra sätt.

Energitätheten:

Energiinnehållet i 200 liter Aluminium motsvarar ca 500 liter dieselolja.

200 liter aluminium kan också producera ca 60 kg vätgas.

Kostnaden

Järn och aluminium är inte är dyrare att använda än andra icke-fossila bränslen såsom vätgas och ammoniak när alla steg i processerna har inkluderats. Det visar preliminära kostnadsuppskattningar från Holland och Kanada.

För mer information, kontakta

Marcus Aldén, professor förbränningsfysik, marcus.alden@forbrf.lth.se +46 46 222 76 57, +46 70 810 76 57,

Zhongshan Li, professor förbränningsfysik, zhongshan.li@forbrf.lth.se (talar helst engelska)

För foton på forskarna i labbmiljö sök på "förbränningsfysik" i Lunds universitets bildbank https://lu-mediaportal.qbank.se/se/search/bilder . Där finns också foton på Marcus Aldén. För fler foton på metall som förbränns eller foton på forskarna, kontakta forskarna eller kristina.lindgarde@kommunikation.lu.se . 

För mer information, kontakta

Marcus Aldén, professor förbränningsfysik, marcus.alden@forbrf.lth.se +46 46 222 76 57, +46 70 810 76 57,

Zhongshan Li, professor förbränningsfysik, zhongshan.li@forbrf.lth.se (talar helst engelska)

För foton på forskarna i labbmiljö sök på "förbränningsfysik" i Lunds universitets bildbank https://lu-mediaportal.qbank.se/se/search/bilder . Där finns också foton på Marcus Aldén. För fler foton på metall som förbränns eller foton på forskarna, kontakta forskarna eller kristina.lindgarde@kommunikation.lu.se .