‘RIFT gaat samen met warmtebedrijf Ennatuurlijk een testsysteem opzetten om 500 huishoudens van energie te voorzien met ijzerbrandstof. RIFT (Renewable Iron Fuel Technology), een spin-off van studententeam SOLID van TU/e, wil ijzerbrandstof wereldwijd inzetten als duurzaam alternatief voor fossiele brandstoffen om de CO2-uitstoot terug te dringen.’
Zo begint het achtergrondartikel in het Technisch Weekblad van 20 mei 2022.
Het artikel vervolgt:
‘Mark Verhagen,CEO van RIFT, ziet ijzerbrandstof als een belangrijke toevoeging als het gaat om verduurzamen “Bij dit proces komt geen CO2 vrij. Daarnaast is de uitstoot van stikstof tijdens het proces veel lager dan bij kolen of gas IJzerbrandstof heeft daarnaast nog een aantal voordelen”. Zo heeft het een hoge energiedichtheid. Eén kubieke meter ijzerbrandstof bevat 25 GJ energie, net zoveel als elf kubieke meter waterstof onder hoge druk’.
Daarnaast is het ook nog veiliger op te slaan en te vervoeren dan waterstof en verliest in de opslag geen energie, wat wel gebeurt bij bijvoorbeeld batterijen, die lopen gedurende de tijd leeg.
Verhagen: ”Om je huis te verwarmen zijn er alternatieven voor gas in de vorm van bijvoorbeeld een warmtepomp, infraroodpanelen of hete lucht en koken kan allang elektrisch op inductie. De zon, de wind, het getij, zout water zijn allemaal bronnen die energie kunnen leveren. Hoe we die energie bewaren, is een probleem. IJzerpoeder kan het probleem hoe duurzame energie op te slaan oplossen.”
Door van roestpoeder weer ijzerpoeder te maken met behulp van, wordt er een circulaire oplossing gecreëerd die veel voordelen heeft ten opzichte van fossiele brandstoffen: veilig in opslag, geen uitstoot van CO2, bijna geen stikstofuitstoot
Bij dit circulaire proces vindt verbranding plaats. Toch komt er geen CO2 vrij.
a) Leg uit wat daarmee bedoeld wordt en hoe gezorgd wordt dat het proces van verbranden van ijzer circulair kan zijn.
Van het afvalproduct kan weer dezelfde brandstof gemaakt worden. (In dit geval door van Fe2O3 weer ijzer te maken, door energie toe te voegen.)
b) Geef de reden dat er geen CO2 vrijkomt
CO2 komt vrij bij verbranding van fossiele brandstoffen omdat en koolstof (C) inzit en dat is een broeikasgas.
Een probleem met duurzame energie is dat de behoefte en het aanbod niet altijd op elkaar zijn af te stemmen wat betreft het tijdstip. Op momenten dat er teveel duurzame energie opgewekt wordt (bij harde wind of veel zon bijvoorbeeld) wil je de overtollige energie kunnen opslaan.
c) Leg uit hoe dat bij het proces genoemd in het artikel kan.
Als er duurzame energie voorhanden is kan dat gebruikt worden om weer ijzer te maken. Hierbij sla je de energie op in de brandstof. Deze kan weer gebruikt worden als het nodig is.
Er zijn twee verbrandingsprocessen mogelijk. De belangrijkste heeft de volgende reactievergelijking:
$4\mathrm{Fe}+3\mathrm{O}_2\rightarrow 2\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3+1651\mathrm{kJ/mol}$
Enig speurwerk op internet levert voor ijzerpoeder en de verbranding op deze manier de volgende tabel met gegevens.
d) Laat zien dat de ‘Theoretische massadichtheid’ overeenkomt de dichtheid van ijzer.
In tabel 7 van Binas (ScienceData 1.9.a) kun je zien dat de dichtheid van ijzer is 7,87 . 103 kg m-3. Dit komt overeen met de waarde in de tabel.
e) Wat zal bedoeld worden met de ‘Bulk-massadichtheid’? Verklaar hiervoor het verschil met de ‘theoretische massadichtheid’.
Dat is de dichtheid van ijzerpoeder in de praktijk. Deze is minder dan van massief ijzer, omdat er lucht tussen de deeltjes van het poeder zit.
f) Toon met een berekening aan dat de verbrandingswarmte overeenkomt met het gegeven in de reactievergelijking. Let op: kijk in de reactievergelijking naar de coëfficiënt voor Fe.
Energie die vrijkomt bij de reactie is 1651 kJ per mol. De molaire massa van ijzer zie je in de tabel. Dus de 4 mol Fe uit de reactievergelijking heeft een massa van 4 . 55,85 = 223,4 g.
Dus is de verbrandingswarmte:
$165\cdot 10^3~\mathrm{J} / 223,4~\mathrm{g} = 7,4\cdot 10^3 ~\mathrm{Jg}^{-1}=7,4~\mathrm{MJkg}^{-1}$
Dat klopt met de gegeven waarde.
In het artikel staat een waarde genoemd van de energie per kubieke meter ijzer.
g) Laat met een berekening zien of deze waarde overeenkomt met de gegevens uit de tabel.
1 m3 ijzerpoeder weegt 2,45 ton. Dus de hoeveelheid energie die het bevat is gelijk aan:
$2,45\cdot 10^3\cdot 7,4\cdot 10^6=18\cdot 10^9~\mathrm{J}=18~\mathrm{GJ}$
Deze waarde is kleiner dan de waarde in het artikel.
h) Bedenk een reden voor het verschil.
Vraag F en G gaan over één van de twee mogelijke processen. Misschien gaat het artikel uit van het andere proces of van een gemiddelde van beide.
Het hele circulaire proces is pas duurzaam, als aan één voorwaarde voldaan .
i) Welke voorwaarde?
Voor het omzetten van het ijzerroest naar ijzerpoeder wordt duurzame energie gebruikt.
