Cyclisch proces

De technologie achter ijzerpoeder is gebaseerd op een cyclisch proces dat bestaat uit twee stappen: verbranding en reductie. Bij de verbranding vindt een chemische reactie plaats waarbij het ijzer reageert met zuurstof uit de lucht. Dit proces levert een grote hoeveelheid energie op en resulteert in de vorming van ijzeroxide, een verbinding van ijzer en zuurstof. Omdat ijzer in poedervorm zeer fijne deeltjes heeft, verloopt de verbranding snel. De Goey legt uit: “Het unieke aan dit proces is dat er geen CO₂ of andere schadelijke stoffen vrijkomen. Je houdt, buiten de grote hoeveelheid warmte voor o.a. industriële processen, alleen roest over, dat weer opgevangen en hergebruikt kan worden.”

Na de verbranding blijft het ijzeroxide over, maar dit is niet het einde van het verhaal. In een tweede stap, de reductie, kan dit ijzeroxide worden omgezet naar puur ijzer. Dit gebeurt door de zuurstof die zich aan het ijzer heeft gebonden weer te verwijderen. Hiervoor wordt een reductiemiddel gebruikt, zoals waterstof, dat met de zuurstof reageert en het ijzer weer in zijn oorspronkelijke vorm terugbrengt. “Het hele proces is in principe volledig circulair”, benadrukt De Goey. “Dat betekent dat je het eindeloos kunt herhalen, zolang je de juiste omstandigheden creëert.”

Unieke eigenschappen

Wat maakt ijzerpoeder zo bijzonder? De Goey pakt een potje met het fijnkorrelige poeder en legt uit: “IJzerpoeder kan verbranden bij temperaturen van zo’n tweeduizend graden zonder te verdampen. De deeltjes blijven daarbij groot genoeg om weer opgevangen te worden, wat cruciaal is voor een cyclisch proces.” Bovendien is ijzer overvloedig aanwezig, relatief goedkoop, en veiliger te transporteren en makkelijker op te slaan dan bijvoorbeeld waterstof. Ook is de energiedichtheid veel hoger dan bij waterstof, wat betekent dat je er per volume-eenheid veel meer energie in op kunt slaan.

Toch was de weg naar succes allesbehalve eenvoudig. “In het begin vonden mensen het idee absurd. Metaal verbranden en gebruiken als energiedrager? Dat zou nooit werken”, herinnert De Goey zich. Ondanks de unieke eigenschappen van ijzerpoeder waren er grote technische uitdagingen die eerst overwonnen moesten worden.

Klaar voor de toekomst

Voor de meeste uitdagingen is inmiddels een optimale oplossing gevonden. Het hele proces is nu grotendeels onder controle, aldus De Goey. Door nauwkeurig te werken en het hele proces onder gecontroleerde omstandigheden te laten verlopen, is een van zijn promovendi erin geslaagd om tien cycli te voltooien waarin het ijzer nauwelijks veranderde. “We hebben laten zien dat het cyclische proces werkt.”

Natuurlijk zijn er nog uitdagingen, erkent De Goey. Zo kunnen de deeltjes bij hogere temperaturen aan elkaar klonteren, wat onwenselijk is. Daarnaast onderzoekt zijn onderzoeksgroep hoe de reductiestap versneld kan worden, aangezien die momenteel aanzienlijk langer duurt dan de verbranding. “Er zijn nog genoeg aspecten die geoptimaliseerd kunnen worden, maar dat geldt voor elke technologie”, stelt hij. “Een nieuwe iPhone is immers ook altijd beter dan de vorige versie.”

Toch is de technologie volgens hem al ver genoeg ontwikkeld om op grote schaal toegepast te worden. “Het feit dat investeerders bereid zijn om geld te steken in start-ups die met deze technologie werken – zoals recentelijk het geval was bij de start-up RIFT – laat zien dat er voldoende vertrouwen is en dat de technologie klaar is voor de toekomst”, aldus De Goey.

Groene waterstof

Een veelgestelde vraag is hoe ijzerpoeder zich verhoudt tot waterstof als energiedrager. “Het zijn geen concurrenten”, stelt De Goey. “Ze kunnen elkaar juist aanvullen en versterken.” Waterstof speelt een cruciale rol in het proces, omdat het een uitstekend reductiemiddel is voor ijzeroxide. Samen vormen de twee een krachtig duo voor energieopslag en -transport. “Waterstof is moeilijk te transporteren en op te slaan, maar met ijzer kun je die energie vastleggen in een stabiele, vaste vorm”, legt hij uit.

De milieu-impact van de ijzerpoedertechnologie is sterk afhankelijk van de manier waarop de reductie van ijzeroxide plaatsvindt. Hoewel het verbranden van ijzerpoeder zelf geen CO₂ uitstoot, gaat een groot deel van de milieuwinst verloren als fossiele brandstoffen worden gebruikt voor de reductie. “Daarom is het essentieel dat de reductie wordt aangedreven door duurzame energie, zoals zonne- of windenergie”, benadrukt De Goey.

Hier komt groene waterstof in beeld als een sleutelcomponent. In landen zoals Australië, waar zonne-energie overvloedig en goedkoop is, kan groene waterstof tegen lage kosten worden geproduceerd. Deze waterstof kan vervolgens worden gebruikt om ijzeroxide te reduceren tot ijzerpoeder. Zo wordt hernieuwbare energie lokaal omgezet in een stabiele en gemakkelijk te transporteren energiedrager. “Na de reductie kun je het ijzerpoeder per schip naar Rotterdam transporteren en vandaar naar de industrie die het nodig heeft”, vertelt De Goey. “Daar kun je het verbranden, de vrijkomende ijzeroxide weer opvangen, en terugsturen voor reductie. Dat proces kun je in theorie eindeloos herhalen.”

Volgens De Goey is het hoe dan ook onvermijdelijk dat Nederland afhankelijk blijft van energie-import, aangezien onze eigen energiebehoefte groter is dan wat we lokaal kunnen opwekken. “De import van ijzerpoeder geproduceerd met groene waterstof is een slimme manier om aan onze energiebehoefte te voldoen én tegelijkertijd de industrie te verduurzamen.” Het is een voorbeeld van hoe verschillende duurzame innovaties elkaar kunnen versterken en samen kunnen bijdragen aan de energietransitie. Toch benadrukt hij dat er nog belangrijke stappen nodig zijn. “Theoretisch is dit allemaal al mogelijk, maar het is essentieel om een ecosysteem en een internationale infrastructuur op te zetten die dit mogelijk maken, waar we nu hard aan werken.”

Daarnaast vormt Metalot, een onderzoeks- en innovatiecampus in Budel, een belangrijke schakel tussen wetenschap en praktijk. De Goey, die fundamenteel wetenschappelijk onderzoek combineert met zijn rol als oprichter en voorzitter van Metalot, werkt aan het overbruggen van de kloof tussen theorie en industriële toepassing. “Bij Metalot verbinden we academia en industrie, waardoor we sneller stappen kunnen zetten”, legt hij uit. “Dit heeft geleid tot de eerste start-ups, nu al tien wereldwijd, die allemaal met ons verbonden zijn.” Daarnaast heeft De Goey al meerdere subsidies binnengehaald, waaronder de prestigieuze ERC Advanced Grant and een ERC Proof of Concept Grant, wat de groei van de onderzoeksgroep en het verder ontwikkelen van de technologie stimuleert.

Toekomstperspectief

De Goey is optimistisch over de toekomst van ijzerpoeder. “De energietransitie vraagt om innovatieve oplossingen en ijzerpoeder kan daar een belangrijke rol in spelen”, stelt hij. Toch benadrukt hij dat er nog uitdagingen liggen op het gebied van innovatie, opschaling en samenwerking. Het succes van de technologie hangt niet alleen af van technische doorbraken, maar ook van een sterk ecosysteem waarin wetenschap, industrie en beleid samenkomen. Ook moeten we zorgen dat de techniek als oplossing van problemen in onze maatschappij wordt omarmd. “Als we daarin de juiste stappen blijven zetten, kunnen we echt een verschil maken”, besluit hij.