Los revestimientos galvánicos suprimen la formación de óxido. Sin embargo, el óxido de hierro de color marrón rojizo puede desempeñar un papel decisivo en la transición energética. En un ciclo de oxidación y reducción, el óxido podría convertirse en un componente fundamental de las llamadas centrales eléctricas metálicas que generan y almacenan energía. Científicos de la Universidad Técnica de Darmstadt están probando esta tecnología y planean convertir una central eléctrica de carbón en Berlín en un futuro próximo.
La protección contra la corrosión es el principal objetivo de la galvanotecnia. El Instituto Alemán de Pinturas informó recientemente de que en Alemania desaparecen cada día 16 toneladas de acero debido a la corrosión. Ahora, un descubrimiento casi revolucionario ha arrojado nueva luz sobre el proceso de corrosión, supuestamente invariablemente dañino: el óxido puede contribuir a generar y almacenar energíasin CO2 en un ciclo de oxidación y reducción. Utilizando esta tecnología, que el Dr. Andreas Dietz, del Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Superficies y Películas Finas IST, ya describió en su presentación en el último Diálogo de Ulm, los investigadores de TU Darmstadt quieren ahora allanar el camino para las llamadas centrales eléctricas metálicas en el proyecto "Círculos Limpios" (Fig. 1).
Fig. 1: Vista de una cámara de combustión pulverizada. Esta planta de la Universidad Técnica de Darmstadt quemará polvo de hierro con una potencia de 1 MW.
El hierro y el óxido como acumuladores de energía
El concepto de "Clean Circles" parece sencillo a primera vista: el hierro se quema para generar calor. El polvo de hierro tiene propiedades combustibles, similares a las del carbón, pero con una ventaja ecológica decisiva: como el hierro no contiene carbono, durante la combustión no se produce dióxido de carbono(CO2), perjudicial para el clima. Los investigadores (Fig. 2) quieren aprovechar esta ventaja específicamente para un abastecimiento energético sostenible.
El elemento central del proceso es el óxido, del que se sabe que está formado por hierro y oxígeno. Utilizando hidrógeno procedente de energías renovables, se puede eliminar este oxígeno del óxido y regenerar el hierro. Este ciclo continuo de oxidación y reducción permite almacenar a largo plazo la energía procedente de fuentes renovables.
Fig. 2: Marius Schmidt, Christian Hasse, Andreas Dreizler y Rainer Hofmann, del equipo Clean Circles de Darmstadt. Al fondo, la torre de la central eléctrica de demostración de TUDa.
"Por tanto, el óxido ya no es sólo un subproducto, sino que se está convirtiendo en un valioso componente de un sistema sostenible de almacenamiento de energía", explica el profesor Andreas Dreizler, experto en flujos reactivos y codirector del proyecto en TU Darmstadt. La energía almacenada en el hierro puede aprovecharse a largo plazo y transportarse fácilmente en una infraestructura en funcionamiento, lo que confiere al concepto una importancia mundial. Millones de toneladas de hierro y óxido se transportan ya cada año por ferrocarril o barco.
Almacenamiento de energía para un futuro fiable
Almacenar la energía de forma eficiente, especialmente durante la noche o los meses de invierno, es un reto clave de la transición energética. El hierro ofrece una solución prometedora para ello, ya que puede regenerarse repetidamente, de forma similar a una batería. Además, no se produceCO2 en el proceso.
Los científicos están probando la aplicación a gran escala en una central eléctrica experimental del campus de la Universidad Técnica de Darmstadt. Esta central, que se ha utilizado anteriormente para investigar la biomasa y los materiales de desecho, está ahora preparada para suministrar un megavatio de "energía de hierro". Si el concepto tiene éxito, los investigadores ya están planeando un paso aún más ambicioso: la conversión de una central eléctrica de carbón de Berlín a la combustión de hierro para permitir un suministro sostenible de calefacción local.
Nuevas perspectivas para las centrales eléctricas de carbón
El equipo de investigación "Clean Circles" ve el futuro del suministro energético en una mezcla de diferentes tecnologías. En particular, el almacenamiento a largo plazo de energías renovables podría experimentar un desarrollo decisivo gracias al hierro.
"En el hierro se pueden almacenar enormes cantidades de energía durante largos periodos de tiempo", subraya el profesor Christian Hasse, experto en sistemas termofluidos y colíder del proyecto. Es una solución esencial, sobre todo para el invierno europeo, con sus largos y oscuros periodos de inactividad". Las primeras reconversiones de las centrales eléctricas de carbón al hierro como fuente de energía podrían empezar ya en 2030. "No cabe duda de que el hierro debe incluirse como tecnología prometedora para la transición energética", afirma Hasse. Está convencido de que la tecnología de almacenamiento también nos acercaría mucho más a la necesaria seguridad energética. Es una buena noticia para las industrias que consumen mucha energía, como la galvanoplastia, entre otras. Este enfoque también podría tener un efecto sostenible en la industria de la construcción: Las antiguas centrales eléctricas de carbón no tendrían que demolerse, sino que podrían reconvertirse a la producción de energía respetuosa con el clima con una intervención mínima.
Fig. 3: Un ciclo limpio: la electricidad verde -también a través de la etapa de almacenamiento de hidrógeno- reduce el compuesto de metal y oxígeno a metal puro. Al quemarlo se libera calor, pero también hidrógeno almacenable. Estas energías pueden utilizarse para la producción o almacenarse
Generación de calor e hidrógeno con combustión de hierro
El equipo de la TU Darmstadt ha ganado recientemente dos premios en un concurso de ideas con una idea de aprovechamiento adicional: el almacén energético de hierro no sólo puede suministrar mucho calor, sino también el codiciado hidrógeno (Fig. 3). Cuando el hierro se oxida con vapor de agua -es decir, H2O-, además de óxido de hierro se produce hidrógeno (H2). El equipo dio a esta idea de investigación el nombre de "MetalH2eat", que significa metal a H2 y calor. El equipo, dirigido por Marius Schmidt, doctor en ingeniería por la Universidad Técnica de Darmstadt y director gerente de Clean Circles, impresionó al jurado con su idea sostenible. Según Schmidt, ésta podría ser otra pieza fundamental para la transición energética y la estrategia del hidrógeno, "por ejemplo, para una fábrica de vidrio de la Selva Negra profunda que pueda utilizar energía en forma de hidrógeno y calor pero no esté conectada a las redes adecuadas". Estas empresas podrían utilizar energía descentralizada a partir del hierro.
Fotos: TU Darmstadt/ Anja Störiko
