CO₂-vrij varen op ijzer, of er een duurzaam biertje mee brouwen. Het kan, denkt het Eindhovense studententeam SOLID. Swinkels Family Brewers werkt mee aan een proef van € 2,4 miljoen.

Eind juli drinkt Bart Ruis, technical manager van het Eindhovense studententeam SOLID, zijn eerste biertje gebrouwen op ‘ijzerwarmte’. Dan draait in het Brabantse Lieshout een demonstratieopstelling voor ijzerverbranding bij Swinkels Family Brewers (voorheen Bavaria). IJzerpoeder verbrandt er tot roest, zonder CO₂-uitstoot, fijnstof of NOx, en warmt de bierketels op. Ruis: ‘Magnesium en aluminium zijn eerder gebruikt als raketbrandstof, maar ijzer als circulaire brandstof is nieuw.’

Waarom ijzer? Het metaal is goedkoop, veilig te vervoeren, en levert per kuub veel energie. Maar het belangrijkste is de duurzaamheid, aldus Ruis. ‘De komende tien jaar wordt duidelijk welke alternatieve energiedragers echt doordringen. Ik denk dat ijzer een plek zal vinden. Wij willen de technologie breed beschikbaar maken.’ Bij toepassingen denkt Ruis vooral aan grote containerschepen, omdat ruimtebeslag daar een cruciale factor is. Maar ook aan vervanger voor kolen in centrales en aan hoogwaardige industriële warmte, die nodig is voor bierbrouwen. ‘We gebruiken al biogas, zonnepanelen en zijn bezig met geothermie’, vertelt Marthijn Junggeburth van Swinkels. ‘Deze innovatieve proefinstallatie past in ons streven naar verduurzaming. Het ijzer vervangt aardgas.’

Roest

Werktuigbouwkundestudent Bart Ruis is een van de drie initiatiefnemers van SOLID, dat samenwerkt met Philip de Goey, hoogleraar verbrandingstechnologie aan de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e). ‘Het begon met een project over metaalverbranding in 2016 voor de Honors Academy’, zegt Ruis. ‘We werden zo enthousiast dat we de technologie zelf verder wilden ontwikkelen. Zeker toen bedrijven zich aansloten. Inmiddels staat mijn studie al een jaar stil.’

‘De technologie is klaar voor commerciële toepassingen’

Ruis werkt met onder meer de TU/e, de provincie, Shell, MKB-bedrijven in verbrandings- en installatietechnologie, en natuurlijk de brouwerij aan de ontwikkeling van de proefopstelling die 100 kW aan vermogen levert, vergelijkbaar met vijf cv-ketels. IJzerpoeder, van 30 tot 40 µm, injecteer je in een hete verbrandingskamer. Het verbrandt met lucht in micro-explosies tot Fe₂O₃ en Fe₃O₄. De roestdeeltjes scheid je direct af in een cycloon. Dat het goedje niet blijft hangen in de apparatuur bleek een grotere uitdaging, stelt Ruis. Heet stikstofgas van zo’n 600 °C zorgt voor warmteoverdracht; een boiler produceert stoom. NO_x-uitstoot moet binnen de perken blijven door de vlamtemperatuur goed te controleren. ‘Of dat inderdaad lukt, moet het demonstratieproject bewijzen.’

De Canadese hoogleraar Jeff Bergthorson geldt als de godfather van de metaalverbranding. ‘Deze brouwerij is een ideale plek om te bewijzen dat metalen fossiele brandstoffen kunnen vervangen’, zegt hij desgevraagd in een e-mail. ‘Mijn eigen onderzoeksgroep werkt ook aan dergelijke proefinstallaties, want de technologie is klaar voor commerciële toepassingen.’

Zonder hoogoven

Hoe efficiënt is ijzerverbranding? Ruis: ‘Dat hangt sterk af van de toepassing. Als je de hele ijzercyclus doorrekent voor kolencentrales, inclusief duurzame regeneratie van roest tot ijzerpoeder, kom je op zo’n 20 à 25 % energie-efficiëntie uit.’ Is dat niet weinig? ‘Een batterij is inderdaad veel efficiënter’, geeft hij toe. ‘Maar die is ook weer volumineuzer en niet geschikt voor langetermijnopslag. Dat geldt tevens voor waterstof, dat bovendien minder veilig is. Misschien is een vergelijking met een duurzaam geproduceerde synthetische olie het eerlijkst, maar die zijn er ook nog niet.’

Regeneratie in een hoogoven met cokes is – vanwege CO₂-uitstoot – niet de bedoeling. Het roest moet weer ijzer worden met duurzaam geproduceerde waterstof of door directe elektrolyse met wind- of zonnestroom. Met de technologie daarvoor houdt SOLID zich niet bezig. Ruis: ‘Wel proberen we de ontwikkeling aan te jagen.’