Elektrificatie lijkt dé manier waarop Nederland de energietransitie realiseert, al verschijnen er ook steeds meer waterstofhubs. Maar het elektriciteitsnet is overvol en een hub ligt lang niet altijd in de buurt. Dat maakt het met name voor de middelgrote- en kleinere industrie ‘in de regio’ lastig om snel afscheid te nemen van aardgas of andere fossiele brandstoffen.

IJzer als brandstof

Een mogelijke aanvulling in het energiepallet is metaalverbranding. Metalen als energiedrager zijn vrij onbekend, maar geen nieuw idee. Zo worden veel raketboosters aangedreven door aluminium- of magnesiumpoeder. In poedervorm zijn veel metalen namelijk recyclebare en duurzame energiedragers. Verbranding zorgt niet voor CO2-uitstoot en er komt relatief weinig NOx vrij. Voorwaarde voor duurzaamheid is wel dat het metaal ook ‘groen’ wordt geregenereerd en hergebruikt.

Voor grootschaliger gebruik in de industrie is ijzerpoeder het meest logische metaal. IJzer is het vierde meest voorkomende element op aarde, dus ruim voorhanden en niet duur. Het is veilig op te slaan zonder bijzondere maatregelen en het benodigde poeder van circa 150 micrometer wordt al geproduceerd voor bijvoorbeeld het maken van motorblokken. Ver transporteren van ijzerpoeder is echter geen slim idee omdat het relatief gezien zware brandstof is. IJzer is kortom vooral geschikt om lokaal of regionaal te produceren, te gebruiken als brandstof en te ‘recyclen’.

Metalot

De afgelopen jaren ging de Technische Universiteit Eindhoven voorop in ontwikkeling van de benodigde technologie voor ijzerverbranding, met hoogleraar Verbrandingstechnologie Philip de Goey als aan-jager. Startups als RIFT, IRON+, Fenix en Heat Power ontwikkelden efficiënte branders voor ijzerpoeder, geschikte turbines voor de omzetting van warmte in stoom en/of elektriciteit en regeneratietechnieken om het ‘roest’ dat bij verbranding ontstaat weer met waterstof om te zetten in ijzerpoeder, dat opnieuw als brandstof kan dienen.

De Goey is inmiddels met emeritaat en voorzitter van Stichting Metalot. Een stichting die probeert metaalverbranding door de beruchte ‘Valley of death’ voor innovaties te loodsen. Metalots community manager Michael Davidson: “We willen dat metaal, om te beginnen ijzer, een serieuze kans krijgt als brandstof.”

Een veelgestelde, maar complexe vraag die Davidson vaak krijgt, is: hoe energie-efficiënt is ijzerverbranding? Het antwoord hangt namelijk af van het doel en omstandigheden. IJzerpoeder verbranden om elektriciteit op te wekken is niet erg energie-efficiënt. Voor de regeneratie heb je namelijk waterstof nodig, opgewekt uit elektriciteit. Bij die elektrolyse raak je al de helft van je energie kwijt. Davidson: “Maar tachtig procent van de energiebehoefte in Nederland bestaat uit warmte, daarvoor is ijzerverbranding veel meer geschikt.”

Omdat ijzeropslag eenvoudig en veilig is, is het ook vooral interessant om ijzerpoeder te regenereren wanneer er (te) veel aanbod aan (schone) energie is en de kosten relatief laag zijn, dus op zonnige en windrijke dagen. IJzer als brandstof is zo ook een manier om ‘overtollige’ zon- en windenergie op te slaan en het elektriciteitsnet te stabiliseren. Langdurige opslag is geen probleem, waarmee ijzer ook een batterijfunctie kan vervullen. Bovendien bevat ijzerpoeder per kuub tweemaal zoveel energie als steenkool en iets meer dan diesel of gecomprimeerd aardgas. Davidson: “We hebben zestig ton ijzerpoeder al vijf jaar luchtdicht opgeslagen, het degradeert niet.”

Ketens creëren

Inmiddels is de technologie voor alle ‘delen’ in ijzerverbrandingsketen bewezen en wil Metalot vooral de keten van bedrijvigheid ontwikkelen. Davidson: “Wij noemen onszelf ketenregisseur.” IJzerpoederproducenten, technologieleveranciers en afnemers moeten bij elkaar komen om een echte markt te realiseren. Metalot brengt hiertoe partijen en fondsen bij elkaar in ontwikkel-, opschalings- en demonstratieprojecten. Eerder werd bijvoorbeeld bier gebrouwen op ijzer bij Swinkels Brouwerij in Lieshout en ijzerverbranding leverde warmte voor een warmtenet voor huishoudens in Helmond. Davidson: “Metalot doet dit vanuit maatschappelijke betrokkenheid. We willen deze CO2-vrije vinding naar de markt brengen. De stichting heeft geen commercieel belang in de vorm van intellectueel eigendom.”

Binnenkort gaat Metalot voor het eerst de hele keten, of cyclus, in ijzerverbranding realiseren in een regionaal demonstratieproject rondom Budel, genaamd HOLON0 (zie kader, -red.). In omvang is het project bescheiden: één megawatt, maar wereldwijd een unicum. Davidson: “In de afgelopen jaren is de belangstelling voor metaalverbranding sterk gegroeid, maar er zijn nog vooral pilotprojecten. De Duitse Metal Energy Hub probeert een gesloten kolencentrale om te bouwen tot ‘ijzeroven’ voor regionale stadsverwarming. In Namibië zorgt een zonnepark en elektrolyser op tien megawatt schaal al voor schone ijzerproductie, maar dat gaat om constructie-ijzer. Davidson: “Wij hopen met dit regionale demonstratieproject echt het idee te verspreiden van ijzer als energiedrager voor industrie en maatschappij en willen de markt op gang te brengen. We zien graag dat Nederland koploper blijft in deze innovatie.”