Pouvons-nous brûler du métal pour produire de la chaleur, au lieu de combustibles fossiles ?

Aug 15, 2023

Essayez de brûler un lingot de fer et vous devrez attendre longtemps, mais réduisez-le en poudre et il s'enflammera facilement. C'est ainsi que fonctionnent les cierges magiques : de la poussière de métal brûle dans un magnifique spectacle de lumière et de chaleur. Mais pourrions-nous brûler du fer pour autre chose que pour le plaisir ? Ce matériau simple pourrait-il devenir un carburant bon marché, propre et sans carbone ?

Dans de nouvelles expériences — menées sur des fusées, en microgravité — des chercheurs canadiens et néerlandais étudient des moyens d'augmenter l'efficacité de la combustion du fer, en vue de transformer cette matière abondante — la quatrième plus répandue dans la croûte terrestre, environ 5 % de sa masse - en une source d'énergie alternative.

Le fer comme combustible : Le fer est disponible en abondance et bon marché. Plus important encore, le sous-produit de la combustion du fer est la rouille (oxyde de fer), un matériau solide facile à collecter et à recycler. Ni la combustion du fer ni la reconversion de son oxyde ne produisent de carbone au cours du processus.

Le fer a une densité énergétique élevée : il lui faut presque le même volume que l’essence pour produire la même quantité d’énergie. Cependant, le fer a une énergie spécifique faible : il est beaucoup plus lourd que le gaz pour produire la même quantité d'énergie. (Pensez à ramasser un bidon d'essence, puis imaginez essayer de ramasser un morceau de fer de taille similaire.) Par conséquent, son poids est prohibitif pour de nombreuses applications. Brûler du fer pour faire fonctionner une voiture n'est pas très pratique si le fer pèse autant que la voiture elle-même.

Ni la combustion du fer ni la reconversion de son oxyde ne produisent de carbone au cours du processus.

Sous sa forme en poudre, cependant, le fer est plus prometteur en tant que vecteur d’énergie ou système de stockage d’énergie à haute densité. Les fours à fer pourraient fournir de la chaleur directe pour l’industrie, le chauffage domestique ou la production d’électricité.

De plus, l'oxyde de fer est potentiellement renouvelable en réagissant avec l'électricité ou l'hydrogène pour redevenir du fer (à condition que vous disposiez d'une source d'électricité propre ou d'hydrogène vert). Lorsqu'il y a un excès d'électricité disponible à partir d'énergies renouvelables comme l'énergie solaire et éolienne, par exemple, la rouille pourrait être reconvertie en poudre de fer, puis brûlée à la demande pour libérer à nouveau cette énergie.

Cependant, ces méthodes de recyclage de la rouille sont actuellement très gourmandes en énergie et inefficaces, de sorte que l’amélioration de l’efficacité de la combustion du fer lui-même peut être cruciale pour rendre un tel système circulaire viable.

La science de la gravure discrète : Les particules en poudre ont un rapport surface/volume élevé, ce qui signifie qu’il est plus facile de les enflammer. Cela est également vrai pour les métaux.

Dans de bonnes circonstances, la poudre de fer peut brûler d'une manière connue sous le nom de combustion discrète. Dans sa forme la plus idéale, la flamme consume complètement une particule avant que la chaleur rayonnante ne brûle les autres particules à proximité. En étudiant ce processus, les chercheurs peuvent mieux comprendre et modéliser la façon dont le fer brûle, ce qui leur permet de concevoir de meilleurs fours à fer.

Actuellement, la vitesse à laquelle les particules de fer en poudre brûlent ou la manière dont elles libèrent de la chaleur dans différentes conditions est mal comprise.

La combustion discrète est difficile à réaliser sur Terre. Une combustion discrète et parfaite nécessite une densité de particules et une concentration en oxygène spécifiques. Lorsque les particules sont trop proches et compactées, le feu se propage aux particules voisines avant de consumer entièrement une particule, ce qui entraîne une combustion plus chaotique et moins contrôlée.

Actuellement, la vitesse à laquelle les particules de fer en poudre brûlent ou la manière dont elles libèrent de la chaleur dans différentes conditions est mal comprise. Cela entrave le développement de technologies permettant d’utiliser efficacement le fer comme combustible à grande échelle.

Brûler du métal en microgravité : En avril, l’Agence spatiale européenne (ESA) a lancé une fusée « sonde » suborbitale, transportant trois installations expérimentales. Alors que la fusée traçait sa trajectoire parabolique à travers l’atmosphère, les expériences ont passé quelques minutes en chute libre, simulant la microgravité.

L'une des expériences de cette mission a étudié la manière dont la poudre de fer brûle en l'absence de gravité.