Vanwege de 44000ste passant op deze site weer een artikel dat iets buiten de normale onderwerpen-orde van deze site valt. Deze keer een over een methode om elektrochemisch, in zout water, met stroom en bij relatief lage temperatuur, bijna zuiver ijzer uit ijzererts te halen.
Ik ben het geheel eens met mensen die betogen dat men de wereldproblemen niet met alleen maar technische middelen opgelost krijgt. Dat neemt niet weg dat het andere uiterste ook niet waar is: dat ze geen nut hebben.
Staal (een legering waarvan ijzer de belangrijkste component is) zal tot in lengte van dagen nodig blijven. Anderzijds komt bij de gangbare wijze van ijzerwinning uit erts, met behulp van (gezuiverde) steenkool heel veel CO2 vrij, en een hoop troep. Staal maken zonder hoogovens is nodig.
Vlamboogovens werken wel elektrisch, maar er gaat vooral schroot in en ze kunnen geen erts verwerken. Bovendien werken ze bij extreem hoge temperatuur en er komt nog steeds veel troep vrij. Voordele is dat er beheerst extra elementen aan het ijzer kunnen worden toegevoegd.
IJzererts verwerken met waterstof (in plaats van koolstof) kan in principe (nog steeds bij hoge temperatuur), maar er is veel meer waterstof voor nodig dan vooralsnog, duurzaam geproduceerd, beschikbaar is (zie oa eerste met waterstof geproduceerd ijzer ).
Vandaar dat een procedé om bij gematigde omstandigheden, rechtstreeks uit (duurzame) stroom, ijzer uit ijzererts te halen erg welkom zou zijn.
(Afbeelding Kempler lab, University of Oregon)
Er ie veel onderzoek naar elektrochemische procedé’s. Je stuurt stroom door water waarin stoffen naar wens aanwezig zijn, of door gesmolten zout, en dan dwingt die stroom de stoffen tot chemische reacties. Het is oude, beproefde techniek die op grote schaal ingezet kan worden. Toegepast op gewoon zout water levert het natronloog en chloor, en toegepast op gesmolten keukenzout levert het natriummetaal en chloor. Ook de gangbare productie van groene waterstof is elektrochemisch.
Het blad TW (Technisch Weekblad) publiceerde op 10 april 2025 een artikel https://tw.nl/onderzoek-maakt-staal-zonder-kool-en-zet-de-industrie-op-zn-kop-schoon-schaalbaar-en-snel/ . Het is een leesbaar artikel en kan worden aangeraden.
TW baseert zich op een wetenschappelijk artikel https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsenergylett.5c00166 en dat is minder goed te lezen, omdat het erg voor insiders geschreven is. Leden echter uit dezelfde onderzoeksgroep van Kempler (University of Oregon) hebben ook in andere tijdschriften gepubliceerd en dat is vaak iets leesbaarder.
Mijn voorkeur is de nieuwsbrief van CEN (Chemical and Engineering News), uit welk publieksgericht tijdschrift de openingsafbeelding komt), of in het Open Access-tijdschrift Joule ( https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.01.001 ), waaruit onderstaand schema van de werking komt.
Het onderzoek van Kempler en zijn groep is gedaan met de meest voorkomende vorm van ijzeroxide Fe2O3, en dat in zijn zuiverste vorm. Dat in poedervorm, maar het maakt uit hoe dat poeder gestructureerd is. Wat het beste werkt is als het poeder op micrometerschaal gemalen is, en daarbinnen zo poreus mogelijk is Dat vraagt voorbewerking.
De constructie van Kempler e.a. is een combinatie van twee elektrochemische cellen (zie boven). De linkse (rode) cel ontvangt het ijzeroxide, water, elektronen en natriumionen. Daardoor worden de positieve ijzerionen omgezet in neutrale ijzeratomen, die zich als een film op de kathode afzetten. Een doorsnee van dat filmpje is middenonder te zien, alsmede een deeltje ijzeroxide en een deeltje ijzer. De cel doneert diezelfde natriumionen, evenveel OH–ionen en ijzeratomen aan de buitenwereld.
De rechtse (blauwe) cel is een gewone chloor-alkalicel van het oude stempel. Er gaat water en keukenzout in, en er gaan elektronen en chloorgas uit, en hij levert de natriumionen die de linkse cel nodig heeft. Die ionen gaan door een membraam dat geen andere deeltjes doorlaat,
De bedoeling is dat uiteindelijk het ijzerfilmpje (wat behoorlijk zuiver kan zijn) geoogst wordt. Dat ijzer kan dan in bestaande vlamboogovens worden meegenomen in een groter systeem van de productie en verwerking van ijzer tot staal. Hieronder zoals het tijdschrift Joule zich dat voor de geest ziet.
Nu zitten, zoals bekend, tussen droom en daad wetten in de weg en praktische bezwaren.
Met die wetten valt het misschien wel mee. Kempler beweert dat de economische wetten, waarschijnlijk, niet zo heel erg in de weg zitten omdat deze methode, na opschaling, niet wezenlijk duurder is, mede omdat de producten chloor en natronloog verkocht kunnen worden.
De milieuwetten worden ook gediend. Geen hoge temperatuur betekent geen stikstofprobleem. Het procedé, en met name het wegvallen van de noodzaak van kolen, maakt een einde aan in de atmosfeer vrijkomende milieuvervuiling.
Als het erts zuiver is, hoeft het dubbele cel-procedé ook niet tot watervervuiling te leiden.
Waarmee echter ook een van de praktische bezwaren genoemd is, die er nog in veelvoud zijn. Ijzererts is zelden zuiver en onduidelijk is bijvoorbeeld hoe het gaat als dat erts voor een flink deel uit steen bestaat en/of andere metalen bevat. Wat dan ook nog eens allemaal gemalen moet worden, en voorbewerkt.
Kempler beweert dat het proces opschaalbaar is. In aanmerking nemende dat het kubusje uit de eerste afbeelding momenteel de grootste reactor van dit type ter wereld is, vraagt dat nog wel wat.
Verder moet blijken hoeveel vraag er is naar de bijprodukten natronloog en chloor. Die worden veel gebruikt, maar niet oneindig veel.
Waarna de hamvraag is in hoeverre de grondstof ‘Zero-carbon electricity’ opshaalbaar is. Dat gaat hard, maar nog lang niet hard genoeg.
Maar het loont de moeite om hier verder op door te studeren.