Podemos queimar metal para obter calor, em vez de combustíveis fósseis?

Aug 15, 2023

Tente queimar um lingote de metal de ferro e você terá que esperar muito tempo - mas triture-o até virar pó e ele explodirá rapidamente em chamas. É assim que os faíscas funcionam: pó de metal queimando em uma bela exibição de luz e calor. Mas poderíamos queimar ferro para algo mais do que diversão? Poderia este material simples tornar-se um combustível barato, limpo e sem carbono?

Em novas experiências — realizadas em foguetões, em microgravidade — investigadores canadianos e holandeses procuram formas de aumentar a eficiência da queima do ferro, com vista a transformar este material abundante — o quarto mais comum na crosta terrestre, cerca de 5% da sua massa — em uma fonte de energia alternativa.

Ferro como combustível: O ferro está abundantemente disponível e é barato. Mais importante ainda, o subproduto da queima do ferro é a ferrugem (óxido de ferro), um material sólido fácil de coletar e reciclar. Nem queimar ferro nem converter seu óxido de volta produz carbono no processo.

O ferro tem uma alta densidade energética: requer quase o mesmo volume que a gasolina para produzir a mesma quantidade de energia. No entanto, o ferro tem energia específica pobre: ​​é muito mais pesado que o gás para produzir a mesma quantidade de energia. (Pense em pegar um jarro de gasolina e depois imagine tentar pegar um pedaço de ferro de tamanho semelhante.) Portanto, seu peso é proibitivo para muitas aplicações. Queimar ferro para fazer um carro funcionar não é muito prático se o ferro combustível pesa tanto quanto o próprio carro.

Nem queimar ferro nem converter seu óxido de volta produz carbono no processo.

Na sua forma em pó, no entanto, o ferro oferece mais promessas como transportador de energia ou sistema de armazenamento de alta densidade. Fornos de queima de ferro poderiam fornecer calor direto para a indústria, aquecimento doméstico ou para gerar eletricidade.

Além disso, o óxido de ferro é potencialmente renovável ao reagir com eletricidade ou hidrogênio para se tornar ferro novamente (desde que você tenha uma fonte de eletricidade limpa ou hidrogênio verde). Quando há excesso de eletricidade disponível a partir de energias renováveis ​​como a solar e a eólica, por exemplo, a ferrugem pode ser convertida novamente em pó de ferro e depois queimada quando necessário para libertar essa energia novamente.

No entanto, estes métodos de reciclagem da ferrugem consomem muita energia e são ineficientes atualmente, pelo que melhorias na eficiência da queima do ferro em si podem ser cruciais para tornar viável esse sistema circular.

A ciência da queima discreta: As partículas em pó têm uma elevada relação entre área superficial e volume, o que significa que são mais fáceis de acender. Isto também é verdade para os metais.

Nas circunstâncias certas, o ferro em pó pode queimar de uma maneira conhecida como queima discreta. Em sua forma mais ideal, a chama consome completamente uma partícula antes que o calor irradiado dela queime outras partículas em sua vizinhança. Ao estudar esse processo, os pesquisadores podem compreender e modelar melhor como o ferro entra em combustão, permitindo-lhes projetar melhores fornos de queima de ferro.

Atualmente, a taxa na qual as partículas de ferro em pó queimam ou como liberam calor em diferentes condições é pouco compreendida.

A queima discreta é difícil de conseguir na Terra. A queima discreta perfeita requer uma densidade de partículas e concentração de oxigênio específicas. Quando as partículas estão muito próximas e compactadas, o fogo salta para as partículas vizinhas antes de consumir totalmente uma partícula, resultando em uma queima mais caótica e menos controlada.

Atualmente, a taxa na qual as partículas de ferro em pó queimam ou como liberam calor em diferentes condições é pouco compreendida. Isso dificulta o desenvolvimento de tecnologias para utilizar eficientemente o ferro como combustível em larga escala.

Queima de metal em microgravidade: Em abril, a Agência Espacial Europeia (ESA) lançou um foguete de “sonda” suborbital, transportando três configurações experimentais. À medida que o foguete traçava sua trajetória parabólica pela atmosfera, os experimentos ficavam alguns minutos em queda livre, simulando a microgravidade.

Um dos experimentos desta missão estudou como o pó de ferro queima na ausência de gravidade.