metalen

In een studie onderzochten chemici van McGill wat de mogelijkheden zijn om in plaats van koolwaterstoffen als benzine of diesel, metaalpoeder te gebruiken als brandstof. Er blijkt veel meer mogelijk dan gedacht. Hebben we eindelijk het ei van Columbus gevonden?

Metaalpoeder als brandstof, zo gek nog niet
Het is niet erg slim om ons voort te bewegen door middel van een stroperig goedje dat het klimaat verpest, wereldwijde oorlogen veroorzaakt en bovendien aan het opraken is. Dat beseffen steeds meer mensen. Dus moeten we op zoek naar een alternatief. Helaas is de meest compacte energiebron, kernenergie, met de techniek van nu, alleen te gebruiken in een grote centrale. Anders hadden we met een kilo uranium zo’n miljoen km kunnen rijden. Dat is vijf keer zoveel als een goede auto haalt. Dus moeten we op zoek naar andere alternatieven als energiedrager in voertuigen. Op dit moment wordt er veel onderzoek gedaan naar batterijen, waterstofgas en de weinig zinnige biobrandstof. Of minder bekende, maar goede alternatieven, zoals ammoniak. Maar wat, als we metaalpoeder gebruiken als brandstof?

De voordelen van metaalpoeder
In het dagelijks leven kennen we metalen als robuust materiaal dat vlamwerend is. Schijn bedriegt echter. Dit komt alleen omdat het reactieoppervlak zo klein is. Als een onedel metaal als ijzer of aluminium fijn is verpoederd, dan brandt het als een fakkel. Sterretjes bijvoorbeeld, bestaan uit een mengsel van ijzerpoeder en klei. Prettig aan metaalpoeder is verder dat het geen uitstoot geeft. Wat je overhoudt is roest, of aluminiumoxide, magnesiumoxide en dergelijke. Dit zijn poeders, die je in een hoogoven weer kan omzetten in het metaal.

De energiedichtheid van metaalpoeder is ook hoog. Een liter metaalpoeder geeft meer energie dan een liter benzine. Boor, bovendien ook qua gewicht. Metalen als magnesium binden zo actief met zuurstof, dat ze zelfs zuurstof kunnen onttrekken aan kooldioxide. Het vaakst genoemd is poeder van ijzer. IJzer komt op aarde in enorme hoeveelheden voor, is erg goedkoop en is het meest gebruikte metaal. Aluminium is veel lichter dan ijzer, maar duurder. Ook het element boor is interessant. Boor is weliswaar geen metaal, maar erg licht en driewaardig. De reactie van boor met zuurstof (2 B (s) + 3 O₂ (g) => B₂O₃(s) ) levert per kilogram 30% meer energie op dan benzine. Het afvalproduct, booroxide-poeder, kan je weer eenvoudig recyclen tot boor. Dat is met uitlaatgassen helaas wel anders.

Hoe werkt een metaalmotor?
Een zeer fijn metaalpoeder (denk dan aan deeltjes van nanometers groot) wordt verneveld in de brandstoftoevoer. Zo ontstaat er een explosief mengsel. Dit ontbrandt, waarna de vrijkomende hitte het gas laat uitzetten en de zuigers aandrijft. Metaal nanodeeltjes branden al rond de 250 graden, of na een vonkontlading. Omdat de deeltjes zo fijn zijn, verstoppen ze de motor niet. Het poeder kan daarna worden hergebruikt door er waterstofgas overheen te leiden. Bij het tanken wordt de volle cartridge met roestpoeder afgeleverd en vervangen door een verse cartridge met metaalpoeder.

Wanneer kan ik metaalpoeder tanken?
Dat duurt helaas nog even. Eerst moet iemand een bruikbaar prototype voor een metaalpoeder verbrandingsmotor ontwikkelen. Vervolgens moet dit klaar worden voor productie. En, er moeten stations komen waar je het roestpoeder kan omwisselen voor metaal. Reken daarom zeker op vijf tot tien jaar. Als het al van de grond komt. Batterijbouwers en de ontwikkelaars van andere technieken zitten natuurlijk ook niet stil.

Bron
J.M. Bergthorson et al. Direct combustion of recyclable metal fuels for zero-carbon heat and power, Applied Energy (2015). DOI: 10.1016/j.apenergy.2015.09.037
Could metal powders be the clean fuel of the future? McGill University, 2015