氢能能否带来新“铁器时代”？

铁未来有可能成为一种化学储能载体，帮助大规模、长期储存可再生能源。具体做法是：铁粉燃烧，实现碳中和；燃烧后的产物再通过外部能量输入还原成铁粉，形成闭环。KIT（卡尔斯鲁厄理工学院）的研究人员首次系统评估了这项技术在发电领域的潜力。他们发现，铁并不能取代氢，但可以在碳中和能源系统中起到有益的补充作用。相关研究已发表在《Chem Circularity》期刊上。

铁作为可运输的能源载体

无论是沿海地区的风电，还是沙漠地区的太阳能，铁未来都有可能成为一种可运输的能源载体，帮助这些可再生能源实现全球范围内的利用。KIT工业经济与工业生产研究所（IIP）的Julia Schuler表示，这一循环过程不产生二氧化碳排放，也不使用有害物质。发电时，铁粉被燃烧，剩下的是氧化铁，也就是铁锈。随后，利用可再生氢将氧化铁重新还原成铁，去除其中的氧。还原后的铁粉可以循环使用。

Schuler说，铁粉燃烧时的特性和煤炭非常相似。因此，研究人员开始探讨：现有的燃煤电厂能不能改造成铁粉燃烧电厂？她表示，改造主要集中在热力发生装置上，蒸汽循环系统、涡轮机、发电机和电网接入设备等其他电厂部件仍然可以继续使用。

铁循环是对氢能经济的补充，而非替代

在此前"Clean Circles"研究项目关于铁循环的成果基础上，KIT的研究人员开展了一项新研究，由巴登-符腾堡州能源研究基金会资助，探讨铁循环如何应用于碳中和的欧洲能源系统发电。为此，他们对现有的PERSEUS能源系统模型进行了扩展，加入了燃煤电厂改造、还原设备，以及储存和运输环节等选项。借助这一扩展模型，他们对欧洲能源系统到2050年的发展路径进行了优化模拟。在模拟中，铁循环与电池、氢储能和氢能电厂等其他技术展开了竞争。

结果显示：铁不会取代氢基发电，但可以在碳中和能源系统中发挥有益的补充作用。铁在长期储能方面尤其具有优势。铁粉相对容易储存和运输，而氢的使用则需要一整套复杂的基础设施，包括管道、进口终端和地下储气库。相比之下，用铁粉运输可再生能源，所需的基础设施投入要小得多。与此同时，欧洲本地的还原设备也可以把多余的电力，经由制氢这一中间环节，转化为可储存的铁粉能源载体。

模拟结果还显示，在水力资源有限、或缺乏地下氢储存条件的国家，铁粉发电电厂尤其具有吸引力。在这些地区，铁可以帮助弥补风能和太阳能发电低迷时期的供应缺口，同时也能减轻氢能基础设施的压力，比如在进口能力或运输管道接近极限的情况下。由于拥有大量燃煤电厂，德国在这方面的潜力尤其突出。涡轮机、电网接入设施、供热管网等基础设施都可以得到保留和再利用。

铁循环有望降低成本

研究人员认为，一个令人鼓舞的信号是：在他们研究的所有情景中，铁粉发电电厂始终是成本最优能源系统的组成部分，这也印证了这项技术进一步发展的价值。Schuler表示，未来铁可能会在实现气候中和、保障可再生能源稳定供应方面，扮演一个具体但具有经济意义的角色。至于新的"铁器时代"是否真的会到来，很大程度上取决于现有电厂改造的难度，以及未来氧化铁还原为铁的效率能否进一步提升。

信息来源：chemie.de