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Particle and Phase Analysis of Combusted Iron Particles for Energy Storage and Release

Buchheiser, Simon 1; Deutschmann, Max Philipp 1; Rhein, Frank ORCID iD icon 2; Allmang, Amanda 1; Fedoryk, Michal 3; Stelzner, Björn 3,4; Harth, Stefan 3; Trimis, Dimosthenis 3; Nirschl, Hermann 1
1 Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Engler-Bunte-Institut (EBI), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Institut für Technische Chemie (ITC), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

The combustion of metal fuels as energy carriers in a closed-cycle carbon-free process is a promising approach for reducing CO2 emissions in the energy sector. For a possible large-scale implementation, the influence of process conditions on particle properties and vice versa has to be well understood. In this study, the influence of different fuel–air equivalence ratios on particle morphology, size and degree of oxidation in an iron–air model burner is investigated by means of small- and wide-angle X-ray scattering, laser diffraction analysis and electron microscopy. The results show a decrease in median particle size and an increase in the degree of oxidation for leaner combustion conditions. The difference of 1.94 μm in median particle size between lean and rich conditions is twentyfold greater than the expected amount and can be connected to an increased intensity of microexplosions and nanoparticle formation for oxygen-rich atmospheres. Furthermore, the influence of the process conditions on the fuel usage efficiency is investigated, yielding efficiencies of up to 0.93. Furthermore, by choosing a suitable particle size range of 1 to 10 μm, the amount of residual iron content can be minimized. ... mehr


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000157007
Veröffentlicht am 17.03.2023
Originalveröffentlichung
DOI: 10.3390/ma16052009
Scopus
Zitationen: 12
Web of Science
Zitationen: 8
Dimensions
Zitationen: 13
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Engler-Bunte-Institut (EBI)
Institut für Kolbenmaschinen (IFKM)
Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM)
Institut für Technische Chemie (ITC)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2023
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 1996-1944
KITopen-ID: 1000157007
HGF-Programm 38.05.01 (POF IV, LK 01) Anthropogenic Carbon Cycle
Erschienen in Materials
Verlag MDPI
Band 16
Heft 5
Seiten 2009
Bemerkung zur Veröffentlichung Gefördert durch den KIT-Publikationsfonds
Vorab online veröffentlicht am 28.02.2023
Schlagwörter particle characterization; metal fuels; iron combustion; nanoparticles; microexplosions; small-angle X-ray scattering (SAXS); wide-angle X-ray scattering (WAXS)
Nachgewiesen in Web of Science
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