Onderzoekers van de University of Oregon zetten een belangrijke stap richting koolstofvrije staalproductie. Ze tonen aan dat poreuze ijzeroxiden de elektrochemische omzetting van ijzererts tot metaal flink versnellen. Het proces werkt met zoutoplossing en stroom in plaats van steenkool, en levert naast ijzer ook chloor als bruikbaar bijproduct. Dankzij deze doorbraak wordt industriële opschaling technisch én economisch haalbaarder.
De elektrochemische methode vervangt het traditionele proces waarbij hoogovens ijzererts met cokes reduceren. Daarbij komt veel CO2 vrij. In het laboratorium gebruiken de onderzoekers ijzeroxide, zoutwater en elektriciteit om ijzer te winnen. Dat levert geen directe uitstoot op en maakt gebruik van goedkoop en ruim beschikbaar materiaal.
Het team onderzocht welke vorm van ijzeroxide het best werkt. ‘We hebben nu een chemical principle, een soort ontwerpregel, die ons helpt om goedkope en geschikte ijzeroxiden te selecteren’, zegt projectleider Paul Kempler.
Structuur bepaalt snelheid
Postdoctoraal onderzoeker Ana Konovalova en promovendus Andrew Goldman vergeleken verschillende vormen van ijzeroxide. Ze pasten dezelfde grondstof zo aan dat de ene variant uit poreuze deeltjes bestond, en de andere uit dichte, compacte deeltjes. In beide gevallen bleef de chemische samenstelling hetzelfde.
In de praktijk bleek de poreuze variant veel sneller te reageren. ‘Met de echt poreuze deeltjes maken we ijzer veel sneller op een klein oppervlak’, zegt Goldman. ‘Dichte deeltjes halen dat tempo niet.’ Hoe meer oppervlak beschikbaar is voor de reactie, hoe hoger de opbrengst per vierkante meter elektrode. En dat is van belang, omdat de kostprijs van het proces voor een groot deel afhangt van de benodigde elektrodeoppervlakte.
Richting schaalvergroting
De onderzoekers werken samen met civiel ingenieurs van Oregon State University en een producent van elektroden om het proces verder te ontwikkelen voor industriële toepassingen. Daarbij onderzoeken ze onder andere de logistiek, materiaalstromen en opschaalbaarheid van het systeem.
‘Het doel is om iets te vinden dat overvloedig, goedkoop en minder milieubelastend is dan de huidige methode’, zegt Kempler. Hij benadrukt dat het niet om één specifiek type ijzeroxide draait, maar om het inzicht dat een poreuze structuur doorslaggevend is.
Volgens Goldman laat het onderzoek zien dat technologie wél kan voorzien in industriële behoeften zonder het milieu zwaar te belasten: ‘We hebben niet alle problemen opgelost, maar dit is een voorbeeld dat de weg opent naar een andere manier van denken over oplossingen.’
