News

Recent onderzoek toont aan dat IJzer een serieuze optie is als CO2-vrije en hernieuwbare brandstof voor de scheepvaart!

Aldus de kern van de boodschap die hier op basis van recente onderzoeksresultaten verkondigd wordt.

Het gaat om een haalbaarheidsonderzoek dat als ‘Maritiem Innovatie Impuls Project’ van Nederland Maritiem Land NML en met steun van het Ministerie van Economische zaken en Klimaat op initiatief van het Maritiem kennis Centrum MKC in 2019 werd uitgevoerd door een onderzoeksteam van de Werktuigbouwkundefaculteit van TU Eindhoven, TU/e-studententeam SOLID, Δelta Σigma Marine Engineering Consultancy en het Maritiem Kennis Centrum MKC. Aan deze studie werkten verder mee de Nederlandse Defensie Academie –Faculteit Militaire Wetenschappen - locatie Den Helder, en diverse industriële partijen, werven, reders, KVNR, BV, TNO en MARIN.

IJzervlam in lab-opstelling SOLID

IJzer kan, net als enkele andere metalen, branden en warmte produceren. Het ijzerpoeder dat hiervoor wordt gebruikt heeft een korrelgrootte vergelijkbaar met de dikte van een haar. TU Eindhoven doet al enige tijd onderzoek naar ‘Metaalbrandstoffen’ als circulaire energiebron en ziet ijzer als kansrijke optie voor drie toepassingsgebieden: energiecentrales, procesindustrie en scheepvaart.

Metalen als circulaire brandstofHet circulaire groene karakter van ijzer komt met name naar voren door het verbrandingsproduct (Fe2O3) met groen gevormde waterstof weer te reduceren tot opnieuw ijzerpoeder (zie afbeelding links).
IJzeroxidepoeder treedt hiermee in feite op als veilig opslagmedium voor waterstof en indirect van elektriciteit. Verder wordt er bij de verbranding van ijzer geen CO2 gevormd en mogelijk geen of nauwelijks NOx en ijzeroxidestof uitgestoten. (afbelding McGill University)

IJzer heeft in vergelijking met andere alternatieve brandstoffen een aantal voor- en nadelen. De belangrijkste voordelen zijn het circulaire karakter en het ontbreken van de noodzaak tot koeling of compressie van de brandstof voor de opslag ervan. Bovendien is ijzerpoeder, in vergelijking met alternatieve brandstoffen, niet of nauwelijks giftig, explosief of corrosief. Een groot nadeel is echter de lage energiedichtheid, per kg, die nauw samenhangt met de relatief hoge soortelijke massa van ijzer.

De toepassing van ijzer als circulaire energiebron wordt stapsgewijs ontwikkeld. Waar al in 2018 Team SOLID hun lab-opstelling demonstreerde, staat in de eerste helft van 2020 een demonstratie gepland van de door het Metal Power consortium *) ontwikkelde 100 kW opstelling een van de brouwerijen van Royal Swinkels Family Brewers.

Bij het onderzoek werd gestart met een systeemanalyse en een inventarisatie van de benodigde systeemomvang. Om van warmte uiteindelijk te komen tot rotatie-energie zijn tussenstappen nodig, waarbij allereerst stoom als oude bekende weer in beeld kwam. Stoom wordt echter al sinds de jaren 80 van de vorige eeuw niet of nauwelijks meer voor scheepsvoortstuwing toegepast. Dit betekende dat in deze studie weer alles ter discussie stond. Veel aandacht is daarbij besteed aan de eis om de scheepsenergie-installatie zo compact en licht mogelijk te houden, dit ten gunste van het gewicht van de betalende lading (payload). Een van de opties om zowel het rendement te maximaliseren als het machinegewicht te verminderen is gevonden in de toepassing van zogenaamde superkritische CO2 als medium in plaats van stoom. Hiervoor is echter nog veel ontwikkeling nodig (TRL is nu 2-3).

Maar niet alleen machinegewicht en volume zijn kritisch. Voor brandstofgewicht geldt dat nog sterker, waarbij men zich dient te realiseren dat het verbrandingsproduct, ijzeroxidepoeder, zwaarder is dan ijzerpoeder en aan boord meegevoerd moet worden voor latere recycling aan de wal. Reden om ook een uitvoerige economische haalbaarheidsstudie uit te voeren. Hierbij zijn drie cases voor schepen in oplopende grootte geanalyseerd.
Naast het verbrandingsproces en de diverse omzettingen is uiteraard ook gekeken naar het logistieke en transportproces, zowel aan boord als op de wal.

Conclusies


Aan het eind van deze haalbaarheidsstudie is geconcludeerd dat de toepassing van ijzer als brandstof voor schepen uit zowel technisch als economische oogpunt binnen dit decennium haalbaar is, maar:

  • gezien de stand van de technologie, met name van superkritische CO2 als medium voor energieconversie (TRL2-3), is eerst nog veel onderzoek en ontwikkeling nodig;
  • in vergelijking met andere CO2-vrije energiedragers is de energiedichtheid van ijzerpoeder hoger dan van (flow)batterijen, terwijl en in vergelijking met waterstof (H2) en ammonia (NH3) de energiedichtheid per m3 hoger is, maar per kg lager;
  • het hogere brandstofgewicht trekt een sterke wissel op het scheepsontwerp en op het operationele profiel, in het bijzonder het brandstofbunkergewicht en -grootte in relatie met de vaarafstand en het laadvermogen; er zal dus meer frequent gebunkerd moeten worden dan nu gebruikelijk;
  • net zoals dat voor andere CO2-vrije brandstoffen geldt, is een gelijk speelveld ten opzichte van fossiel een cruciale succesfactor; met een sterke rol voor de internationale overheden;
  • de promotie van ijzer als brandstof voor schepen verdient een hoge prioriteit; reden voor TU/e Team SOLID om al tijdens het project te zijn begonnen aan het organiseren van een varende demo.

Ten slotte kwam het onderzoeksteam tot de conclusie dat realisatie van CO2- en NOX-vrije emissiedoelen van de scheepvaart nu eenmaal noodzaakt tot een paradigmaverandering, wat wil zeggen dat, om de Wereld uit oogpunt van klimaatverandering te redden, niets meer zal kunnen blijven zoals het voordien was!

Voetnoot *)

Het Metal Power consortium bestaat, naast de TU/e en SOLID, uit Enpuls, Uniper, Nyrstar, EMGroup, HeatPower, Romico Engineering Solutions en Metalot, en wordt gesubsidieerd door de Provincie Noord-Brabant.

Nadere informatie en contact

Voor nadere informatie neemt u contact op met Caspar Kramers, Projectmanager van het Maritiem Innovatie Impuls Project (MIIP009-2019) ‘IJzer als brandstof voor schepen’, namens het Maritiem Kennis Centrum MKC via
E: casparkramers@innovaart.nl / T: +31 651 890452

Een PDF versie van dit persbericht vindt u via deze link.

Een samenvattend artikel, zoals eerder gepubliceerd in SWZ | Maritiem (Volume 141, februari 2020), is te vinden via www.mkc-net.nl/library/documents/1286/

De tekst van het  Eindrapport vindt u via deze link

KNVTS Lezing

20 februri 2020 hielden leden van het projectteam een voordracht voor de afdeling Rotterdam van de KNVTS.
De handout van de presentatie vindt u via deze link.

Published: 2020-02-01 | Tagged: home, kennis_nieuws
© Copyright MKC - 2020