Les chercheurs ont utilisé des expériences de microgravité pour étudier la combustion discrète de la poudre de fer, résultant en un stockage d’énergie sans carbone recyclable à l’infini. Cela a des applications prometteuses sur Terre et pour des avant-postes lunaires durables à l’avenir.

Tout brûle. Dans le bon environnement, tous les matériaux peuvent brûler en ajoutant de l’oxygène, mais trouver le bon mélange et générer suffisamment de chaleur fait que certains matériaux brûlent plus facilement que d’autres. Les chercheurs souhaitant en savoir plus sur un type d’incendie appelé split burn ont utilisé les installations de l’expérience en microgravité de l’Agence spatiale européenne pour enquêter.

Dans une série de vols paraboliques et sur des fusées-sondes lancées depuis la Suède, une équipe du professeur Jeffrey Bergthorson de l’Université McGill au Canada et de l’Université de technologie d’Eindhoven aux Pays-Bas a étudié la combustion de la poudre de fer en apesanteur. Leur recherche était de la physique pure, les scientifiques voulaient en savoir plus sur la combustion discrète où le feu ne brûle pas continuellement le combustible mais saute d’une source de combustible à une autre. Ce type de feu se produit rarement naturellement sur Terre, mais un tel exemple est un feu de forêt où un arbre brûle complètement et le feu passe au suivant lorsqu’il devient suffisamment chaud pour brûler.

Cette vidéo hypnotique de la brûlure détachée a été enregistrée lors d’une expérience de vol parabolique à bord du Falcon-20 du Centre national de recherches du Canada qui offre aux chercheurs jusqu’à dix-huit secondes d’apesanteur précieuse. Crédit : Équipe Perwaves

La combustion de poussière de fer dans des expériences sur des avions en apesanteur et des vols de fusées a permis aux particules de fer de flotter et de s’enflammer discrètement. Des caméras à grande vitesse ont capturé la scène et ont permis aux chercheurs de mieux comprendre le phénomène, ce qui a donné lieu à des modèles informatiques qui ont montré des conditions idéales pour la combustion de carburant sur Terre.

Saviez-vous que le fer peut brûler ? La combustion de la poudre de fer illustrée ici s’effectue sur une base sans fumée ni carbone. Crédit : TU/e/Solid/Bart van Overbeeke

Combustion séparée pour une énergie durable

Grâce aux nouvelles connaissances rendues possibles par la recherche en microgravité, il est devenu possible de construire des fours à fer efficaces et pratiques.

L’avantage de la combustion du fer est dû à la chimie. Fondamentalement, la combustion de carburant est le processus de conversion d’une substance en ajoutant des atomes d’oxygène. C’est pourquoi les combustibles à base de carbone produisent du dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre, lorsque deux atomes d’oxygène sont ajoutés à des combustibles à base de carbone tels que le bois, le charbon ou le pétrole. Avec le fer, le produit qui reste après la combustion est l’oxyde de fer, plus communément appelé rouille. Aucun dioxyde de carbone n’est produit et le fer rouillé peut être facilement collecté car il ne forme pas de gaz – et la combustion du fer ne produit aucun gaz nocif.

La rouille du fer peut même être traitée pour éliminer l’oxygène et le restituer sous forme de fer à l’aide d’hydrogène. En utilisant de l’électricité provenant de sources durables, le fer comme combustible peut devenir un stockage d’énergie circulaire et recyclable à l’infini.

Une usine pilote est déjà en fonctionnement à Bodl, près d’Eindhoven, aux Pays-Bas.Utilisant le fer comme source de combustible, ce générateur peut produire 1 mégawatt de vapeur dans une unité logée dans un entrepôt. L’expansion d’une telle centrale ferreuse pourrait produire plus d’électricité.

De nombreuses startups recherchent déjà ce carburant décarboné, pour alimenter usines et processus industriels.

Usine de démonstration de four à fer. 1 crédit

De l’espace à la terre puis à la lune

Alors que les agences spatiales se préparent à construire des avant-postes lunaires durables, fournir de l’énergie aux astronautes sur la Lune n’est qu’un des défis à relever. Les combustibles minéraux pourraient être une solution. En utilisant l’énergie solaire, non seulement des poudres d’aluminium et de silicium peuvent être produites à partir de minéraux lunaires, mais aussi l’hydrogène et l’oxygène de la glace lunaire peuvent être exploités. L’hydrogène pourrait ensuite être utilisé pour convertir la poussière lunaire, qui est riche en fer et en titane, pour produire de l’eau et de la poudre de fer. Les poudres minérales et l’oxygène de la glace d’eau peuvent être utilisés comme propulseurs pour les fusées ou le transport terrestre, et le sous-produit de l’eau peut également être utilisé comme eau potable.

Vue d’artiste du scénario d’exploration lunaire. Crédit : ESA-ATG

Ce processus peut ressembler à de la science-fiction maintenant, mais l’utilisation du fer comme source de carburant sur Terre a commencé comme une idée il y a seulement une décennie. La communauté des combustibles minéraux s’étend désormais à des centaines de scientifiques et d’ingénieurs du monde entier et constitue une technologie phare pour les carburants alternatifs neutres en carbone. Dans un avenir pas trop lointain, vous pourriez remplir votre voiture ou votre maison de fer !

Les minéraux peuvent être produits à l’aide d’énergie propre, comme les cellules solaires ou les éoliennes. L’électricité est stockée sous forme d’énergie chimique dans la poudre métallique avec une densité d’énergie rivalisant avec celle des combustibles fossiles. Cela a le potentiel de réduire les émissions de gaz à effet de serre à l’échelle mondiale, mais l’obstacle à la mise en œuvre de cette technologie est le développement de systèmes de combustion capables de brûler efficacement des combustibles minéraux, ce qui nécessite une solide compréhension de la physique de la combustion. Crédit : ESA – Agence spatiale européenne