Het verbranden van brandstoffen – op efficiënte en schone wijze – staat centraal in het onderzoek van de hoogleraar verbrandingstechnologie. Onderzoekslabs over de hele wereld gebruiken de door zijn groep ontwikkelde methodes om de verbranding van aardgas en andere fossiele brandstoffen tot in detail te begrijpen en controleren.

Sinds kort richt hij zich op een nieuw mysterie: metaalpoeders, internationaal bekend als ‘metal fuels’. Het is een pas ontdekte en veelbelovende energiedrager, door sommigen zelfs de batterij van de toekomst genoemd. In principe kan metaalpoeder namelijk eindeloos worden verbrand tot een metaaloxide (‘roest’ in het geval van ijzer) en daarna met behulp van duurzame energie weer worden opgewerkt tot brandbaar poeder. Toch ontbreekt fundamenteel begrip van de verbranding van die metaalpoeders. Bijzonder, want die verbranding is helemaal niet zo nieuw: het gebeurt al tijden voor onder meer vuurwerk en raketbrandstof.

Vuurwerk

Er is echter een belangrijk verschil tussen metaalpoeder als hernieuwbare brandstof en bijvoorbeeld vuurwerk, legt De Goey uit: “In de bestaande toepassingen zijn de metaaldeeltjes omgeven door ándere materialen die brandbaar zijn. Die brandbare omgeving zorgt dat de metaaldeeltjes ook verbranden. In het geval van metal fuels moet de verbranding van de deeltjes zelf komen, en springt deze van het ene naar het andere deeltje, zonder hulp van iets anders. Dat maakt het een compleet nieuwe situatie. En één waar wetenschappelijk gezien nauwelijks eerder naar is gekeken.”

Samen met studententeam Team SOLID is binnen het Metal Power consortium een proefinstallatie gerealiseerd die 100 kW aan energie levert. “De komende jaren gaan we dit opschalen naar een 1 MW-installatie van enkele meters hoog”, vertelt De Goey. “Als je echter verder wilt opschalen kun je niet zomaar iets bouwen. Je hebt systemen met stabiele verbranding nodig die ook nog eens zo optimaal mogelijk werken, en dat blijkt erg lastig. Zo weten we eigenlijk nog erg weinig. Hoe groot moeten de deeltjes zijn? Hoe springt de vlam over van het ene deeltje naar een ander? Hoe ontstaat dan uiteindelijk een vlam en hoe hard loopt die vlam dan? En, moeten de metaaldeeltjes wel ronde bolletjes zijn, of juist staafjes? Mogen ze poreus zijn? Hoe zuiver moeten ze zijn?”

Cirkel

Om al die vragen te beantwoorden gaan negen promovendi aan de slag, zes gefinancierd vanuit de ERC Advanced Grant, twee uit een recent gehonoreerd NWO-TTW project en één met een CSC beurs uit China. Er werken ook enkele promovendi aan het omgekeerde proces, waarbij metaaloxiden weer worden omgezet tot metalen (in de chemie bekend als ‘reductie’), onder hoogleraar Niels Deen. Na deze stap is de cirkel rond en kan het metaalpoeder opnieuw worden verbrand.