Legierungsdesign für effiziente Verbrennungs- und Reduktionszyklen von eisenbasierten Pulvern als nachhaltige Energieträger

• Antragsteller: Dr.-Ing. Yan Ma
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550034449

Die Dekarbonisierung des Energiesektors ist dringend erforderlich, indem fossile Brennstoffe durch erneuerbare Energiequellen ersetzt werden, um die globale Erwärmung zu bekämpfen. Das Konzept der metallischen Energieträger wird als vielversprechender Ansatz für die Speicherung und den Transport erneuerbarer Energien angesehen, da diese saisonal schwanken und geografisch verteilt sind. Insbesondere Eisenpulver wurde als sicherer, leicht lagerbarer und allgemein gehandelter Brennstoff vorgeschlagen. Das bei der Verbrennung entstehende Produkt (Eisenoxide) kann durch direkte Reduktion mit Wasserstoff und erneuerbarer Energie wieder zu Eisenpulver reduziert werden. Solche Verbrennungs- und Reduktionsprozesse ermöglichen einen netto CO2-freien Energiekreislauf. Das FIRE-Projekt zielt darauf ab, den Zusammenhang zwischen Legierungselementen, Mikrostruktur und chemischer Entwicklung sowie Reaktionskinetik während der Verbrennungs- und wasserstoffbasierten Direktreduktionszyklen von Eisenpulvern zu entschlüsseln und die kritische Rolle der Legierungselemente in den Redoxzyklen aufzudecken. Hier schlagen wir einen multi-skaligen Ansatz für die Mikrostruktur und die chemische Analyse vor, um diese grundlegenden Fragen systematisch anzugehen. Das FIRE-Projekt verfolgt drei Ziele: (1) Entwicklung eines auf Thermodynamik und Kinetik gestützten Legierungsdesigns; (2) Untersuchung der Auswirkungen von Legierungselementen auf die Mikrostruktur und die chemische Entwicklung sowie die Reaktionskinetik während der Verbrennungs- und Reduktionszyklen; (3) Untersuchung der Auswirkungen von Legierungselementen auf die Zyklen von Eisen- und Eisenoxidpulvern. Die Auswirkungen von Legierungselementen auf die Redoxzyklen werden somit für unsere Gemeinschaft zugänglich sein und eine neue Strategie für das Design von Legierungen für nachhaltige metallische Brennstoffe bieten. Die gewonnenen umfassenden und grundlegenden Erkenntnisse werden es möglicherweise ermöglichen, Abfallmaterialien (wie Oxidzunder und Maschinenspäne aus der Stahlproduktion und sogar gemischten Post-Consumer-Schrott, der für andere Recyclingverfahren ungeeignet ist) oder Feinerze, die Ganggesteinselemente enthalten, in künftigen nachhaltigen Energiekreisläufen einzusetzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien
• Partnerorganisation: Fonds National de la Recherche Scientifique - FNRS
• Kooperationspartner: Professor Dr. Pascal Jacques