Metaalpoeder: de nieuwe brandstof?

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?

Metaalpoeder en boor verslaan benzine wat energiedichtheid betreft in veel opzichten met stukken.

Metaalpoeder en boor verslaan benzine wat energiedichtheid betreft in veel opzichten met stukken.

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.

Vlammen van metaalpoeder: ijzer, aluminium, methaan en een ijzer-boormengsel. Bron: [1]

Vlammen van metaalpoeder: ijzer, aluminium, methaan en een ijzer-boormengsel. Bron: [1]

Een concept voor een verbrandingsmotor. Klik voor een vergroting.

Een concept voor een verbrandingsmotor. Klik voor een vergroting.[2]

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

Germen Roding

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: Wageningen Universiteit, tropisch landgebruik met specialisaties plantenteelt en visteelt (master), natuurkunde (gedeeltelijke bachelor), informatica (praktijkervaring)

Dit vind je misschien ook leuk...

14 reacties

  1. antares schreef:

    Het prototype voor een motor die loopt op brandend metaal moet eerst nog ontwikkelt worden. Dat kan nu in principe al omzeild worden door gebruik te maken van Stirlingmotoren. Die maken gebruik van een uitwendige hittebron, en zeer efficiënte warmtewisselaars voor transsport van energie. Phillips heeft met dat doel destijds een Sodium-wamtewisselaar ontwikkeld. Deze heeft een warmtegeleidings capaciteit die die van zilver tienduizend maal overtreft. Wat betreft de afmetingen van metaaldeeltjes, staalwol brand uitstekend. Op deze manier kan zelfs een handige amateur al aan de slag met dit principe.

  2. jan schreef:

    ik geef toe dat deze blog wel boeiende artikelen heeft; helaas wel eenzijdig erg technisch af en toe.

  3. mike schreef:

    mooie vlammetjes

  4. Ruud van Tricht schreef:

    Metaalpoeder verbranden als alternatief voor fossiele brandstoffen lijkt mij beslist geen goed idee.
    De verbranding is misschien wel relatief schoon, maar ik maak mij zorgen om de lekkende brandstof bij het wisselen van de poeders. We hebben hier te maken met nano partikels (lees fijnstof) en daarvan weten we dat dat zeer veel doden veroorzaakt.
    Tenslotte is mijnbouw voor de delving van het erts een zeer intensieve CO2 rovende bezigheid.
    Mij bekruipt het gevoel dat de politiek hier achter zit, en op deze manier de onstabiele olie producerende landen buiten spel kunnen zetten.
    Door zelfstudie ben ik er achter gekomen dat er twee alternatieven zijn voor fossiel, hernieuwbaar elektrisch zoals bijvoorbeeld zon, wind, geothermisch, waterkracht, osmose. Als tweede vermelding de thermisch veilige nucleaire thorium reactoren (waarmee we ook kernafval kunnen opstoken) en de kernfusie reactoren die wereldwijd in ontwikkeling zijn.
    Ook waterstof is met de huidige stand van de techniek niet haalbaar, omdat het wel to wheel rendement belachelijk laag is.

    Groet,

    Ruud van Tricht.

  5. eNdEmiOn schreef:

    Hè bah niet weer een of andere primitieve verbrandingsenergie. Tal van manieren om energie aan het universum zelf te onttrekken. Het is echt niet nodig om steeds maar weer iets nieuws te kiezen om te verbranden. En zelfs zonder die onderdrukte technologieën kun je ook prima meer dan genoeg energie verkrijgen uit wind, water en zon. Alleen hebben we betere batterijen nodig, helaas is de batterij echter een wegwerp product en zie je keer op keer niks terug van die toffe ontwikkelingen op dit gebied.

    Bijv. dit om maar eens iets op batterij gebied te noemen.
    http://www.trouw.nl/tr/nl/5151/Vincent-wil-zon/article/detail/3535856/2013/10/31/Micro-batterij-voor-mega–opslag-dankzij-grafeen.dhtml

  6. Ronald schreef:

    Hoe zit het eigenlijk met de perslucht auto? Lang niets meer van gehoord.

  7. Jasper P schreef:

    De voordelen van de persluchtwagen waren nogal opgeblazen…

  8. quark schreef:

    Hier een serie artikelen die uitgebreid ingaan op boor als energiedrager, inclusief een procede om het te recyclen:
    http://www.eagle.ca/~gcowan/boron_blast.html#TOC

  9. Merijn schreef:

    Mijn god, ik weet niet wie dit verzonnen heeft.

    Metaalpoeders branden inderdaad bijzonder goed. Maar het kost immens veel energie om, bijvoorbeeld, aluminium uit erts (of het verbrandingsproduct : Aluminiumoxide) te halen. Dan moet het ook nog ontzettend fijn worden vermalen wat ook nog eens energie kost. En ga je dan het verbrandingsproduct in de auto opvangen? Anders is het recyclen van de “roest” een onuitvoerbaar proces.
    Ik begrijp dat er iets moet gebeuren met het ook op CO2 en de slinkende olie/gas-voorraden. Maar laten we in hemelsnaam een BETER alternatief verzinnen en niet zozeer “iets anders”….

  10. Ongelovige Thomas schreef:

    Om windenergie op te slaan als chemische energie voor windstille dagen zou je zuivere metalen als energiedrager kunnen gebruiken.. Je kan met de electriciteit uit windenergie aluminium uit bauxiet genereren..Wanneer je dit aluminiumpoeder mixed met ijzeroxide ( is roest…, ’n afvalproduct ) en het wordt ontstoken dan krijgt men reactietemperaturen van meer dan 2000 graden celsius .Het eindproduct is zuiver ijzer met aluminiumoxide in gasvorm als afval , Het minder edele metaal aluminium oxideert en het edelere ijzer reduceert ( Wikipedea ; thermiet reactie) .Bij de energieomzettingop windstille dagen komt dus als bonus zuiver ijzer vrij.

  11. J.Nap schreef:

    Hoe wordt ijzerpoeder gemaakt ? hoeveel energie gaat daarin ?

    • bemoeier schreef:

      Kijk op de site van de TU Eindhoven en zoek daar een artikel wat “Metaalpoeder meld zich als toekomstige kandidaad voor energie opslag” heet.
      Een artikel van januari dit jaar.

Geef een reactie