IJzer kan meer dan we denken: van industriële brandstof tot batterij

In dit artikel:

IJzerenergie ontwikkelt zich tot een mogelijke aanvulling op de energietransitie. IJzerpoeder kan worden geoxideerd of verbrand om warmte te produceren. Het overblijvende ijzeroxide, in feite roest, kan met energie en waterstof opnieuw worden omgezet in ijzer. Daardoor ontstaat een circulaire energiedrager zonder directe CO2- of SO2-uitstoot en met slechts beperkte NOx-emissies.

De Nederlandse startup RIFT gebruikt ijzerpoeder als brandstof in een boiler die temperaturen tot 2.000 graden Celsius bereikt. In Helmond levert een proefsysteem warmte aan het warmtenet van Ennatuurlijk; in Arnhem wordt het ontstane roestpoeder opnieuw tot ijzerpoeder geregenereerd. RIFT werkt aan zijn eerste commerciële fabriek, Alpha One, in de haven van Antwerpen. Een tweede fabriek op de Rotterdamse Maasvlakte is voor 2028 voorzien, maar daarover is nog geen definitief investeringsbesluit genomen. Ook de Nederlandse joint venture Iron+ onderzoekt toepassingen van ijzerpoeder.

IJzer kan daarnaast als batterijmateriaal dienen. Ore Energy ontwikkelt een batterij waarin ijzer als anode, water als elektrolyt en lucht als kathode fungeren. Tijdens ontlading roest het ijzer; bij het opladen wordt het weer teruggebracht tot ijzer. De batterij zou energie ongeveer honderd uur kunnen opslaan.

Een andere toepassing is de verduurzaming van staalproductie. Bij Direct Reduced Iron (DRI) wordt ijzererts met aardgas of, idealiter, groene waterstof gereduceerd. Het ontstane sponsijzer kan vervolgens in een elektrische oven tot staal worden verwerkt. De techniek bestaat al, maar grootschalige invoering hangt af van de beschikbaarheid en prijs van groene waterstof en elektriciteit, investeringen, regelgeving en de concurrentiepositie van staalproducenten.

Onderzoeksinstituten zoals TNO en het Karlsruhe Institute of Technology bekijken ook of aangepaste kolencentrales ijzer kunnen verbranden voor elektriciteitsproductie. Aan de TU Eindhoven onderzoekt het studententeam SOLID een andere toepassing: ijzer als opslagmedium voor waterstof. In een stoom-ijzerreactor reageert ijzerpoeder met stoom, waarbij ijzeroxide en waterstof ontstaan. Met waterstof kan het ijzeroxide later weer worden geregenereerd. Een eerste demonstrator kan één kilogram waterstof opslaan; een grotere installatie, SIR2, moet een energiecapaciteit van 2,5 MWh krijgen. Anders dan RIFT gebruikt SOLID het ijzer niet primair om warmte te maken, maar om waterstof op een andere locatie vrij te maken.

Dat maakt ijzer interessant voor de import van waterstof uit regio’s met veel goedkope wind- en zonne-energie, zoals Chili, Marokko, de Golfregio en Australië. IJzerpoeder is niet explosief, kan onder normale omstandigheden worden vervoerd en heeft een hoge waterstofdichtheid. Volgens een gezamenlijke studie van TNO, TU Eindhoven, Metalot, RIFT en Iron+ bedraagt de totale energie-efficiëntie van ijzer als waterstofdrager 67 procent, gerekend van overzeese productie tot gebruik in Nederland. Daarmee scoort het beter dan LOHC, ammoniak, methanol en vloeibare waterstof. Ook vermijdt het de zware koeling en het voortdurende verlies van vloeibare waterstof.

Mogelijke vervolgstappen zijn koppeling aan hoge-temperatuurelektrolyse en directe elektrochemische reductie van ijzeroxide. Die laatste route heeft geen waterstof nodig en kan volgens het visiedocument 3 tot 4 MWh per ton ijzer besparen ten opzichte van een traditioneel hoogovenproces. Toch moeten de technologie, logistiek en commerciële haalbaarheid zich nog bewijzen. De vooruitzichten zijn veelbelovend, maar het is nog onzeker of ijzerenergie op grote schaal doorbreekt.