Nieuwe productiemethode voor magnesium als energiebron ontwikkeld

Japanse onderzoekers zien in magnesium een potentiële energiebron die in voldoende mate aanwezig is om te voorzien in de toenemende energiehonger. Het metaal kan onder meer in brandstofcellen als anode dienen.

Hoewel magnesium een veel voorkomend element op aarde is, vergt de extractie van het element voor verdere verwerking veel energie. De benodigde energie voor extractiemethodes, waaronder elektrolyse en de zogeheten Pidgeon-methode, kan echter worden geleverd door zonlicht. Takashi Yabe, onderzoeker aan het Tokyo Institute of Technology, heeft een procedé ontwikkeld om magnesiumoxide, afkomstig van zeewater, van zijn zuurstofatomen te ontdoen en zo pure magnesium te produceren.

Hij gebruikt daarbij zonnecollectors om een laser een temperatuur van 3700 graden celcius te laten bereiken. Die hoge temperatuur is nodig om het magnesium te produceren. Het metaal kan vervolgens worden verwerkt in een anode voor een brandstofcel die door MagPower Systems werd ontwikkeld. De metaal-lucht-brandstofcel kan zeewater als elektrolyt gebruiken en atmosferische zuurstof als oxidator.

Met toevoegingen aan de brandstofcellen zegt MagPower de productie van waterstof, een reactieproduct van de brandstofcellen, tegen te kunnen gaan. Dat zou de veiligheid van de mafc's moeten verbeteren. Ook zouden de toevoegingen voor een hoger rendement zorgen, wat tot kleinere brandstofcellen moet leiden.

Reacties (62)

Op lange termijn is dit toch ook een fossile brandstof? het mag dan wel veel aanwezig zijn op aarde, dat was olie ook een eeuw geleden.
We weten hoe dat is afgelopen...

Nee, laat ze liever verder gaan met het putten van energie uit bronnen die nooit opraken.
Zon, waterkracht, getijden, wind, etc.

Op lange termijn is dit toch ook een fossile brandstof?

Niet echt 'fosiel' maar wel 'eindig' inderdaad. Fosiel is meer : planten en dierenresten die lekker aan het rotten zijn geslagen, en over een periode van miljoenen jaren olie hebben opgeleverd. Je auto rijdt dus op T-Rex power

Alles wat niet duurzaam is, raakt op een bepaald moment op. Duurzamer is een woord wat nog wel eens gebruikt wordt voor iets wat minder snel zal op raken, maar uiteindelijk toch einde verhaal is.

Magnesium zou in principe nog wel uit wat ruimtesteen gewonnen moeten kunnen worden (denk aan de kuipergordel), maar dat kost ook weer veel energie.

[Reactie gewijzigd door arjankoole op 26 april 2010 13:04]

Niet echt 'fosiel' maar wel 'eindig' inderdaad. Fosiel is meer : planten en dierenresten die lekker aan het rotten zijn geslagen, en over een periode van miljoenen jaren olie hebben opgeleverd. Je auto rijdt dus op T-Rex power

Maar in verhouding, zelfs als deze techniek massaal gebruikt gaat worden, zal de impact op de natuur een stuk minder zijn. Als je nagaat dat er zo honderden liters olie door je auto stromen (in de vorm van benzine / diesel) tegenover een staafje magnesium...

Het is een mineraal en dus per definitie geen fossiel (dingen die lang dood zijn). Fossiele brandstoffen kenmerken zich door dat ze lang geleden energie hebben opgeslagen die nu vrij wordt gemaakt. Ze zijn dan ook eindig in hun energievoorraad.

Een metaal als magnesium is natuurlijk ook eindig in voorrraad (op de aardkorst) maar het zou wel eens heel lang kunnen duren voor het op is.

Het is een mineraal en dus per definitie geen fossiel (dingen die lang dood zijn). Fossiele brandstoffen kenmerken zich door dat ze lang geleden energie hebben opgeslagen die nu vrij wordt gemaakt. Ze zijn dan ook eindig in hun energievoorraad.

Als we dan toch aan het woord mieren zijn.

Dat proces gaat nog altijd door hoor. Er komt continu meer gas en olie bij door dezelfde processen. Natuurlijk lang niet zo snel als wij het gebruiken maar toch. Olie en gas zijn alleen niet duurzaam door de snelheid waarin we het gebruiken.

Een metaal als magnesium is natuurlijk ook eindig in voorrraad (op de aardkorst) maar het zou wel eens heel lang kunnen duren voor het op is.

Magnesium is een redelijk licht metaal en levert een bijdrage van ongeveer 2% aan de massa van de aardkorst. Het duurt nog wel even voordat we daardoor heen zijn, sinds het ook het 9'de meest voorkomend element in ons zonnestelsel is

(In verhouding: Aluminium, waar aardig wat spullen van gemaakt worden, komt binnen op de 14de plaats.)

Mg is trouwens ook leuk, omdat het in staat is om met CO₂ te verbranden.

Idd, maar je hebt ook te maken dan met seizoenstijden, bijvoorbeeld zonnepanelen werken niet echt optimaal in de winter dag als er 5cm sneeuw overligt etc.

Dus ja, allerlei alternatieven moeten te weg komen om zo toch energie blijven te produceren.

Idd, maar je hebt ook te maken dan met seizoenstijden, bijvoorbeeld zonnepanelen werken niet echt optimaal in de winter dag als er 5cm sneeuw overligt etc.

Dus ja, allerlei alternatieven moeten te weg komen om zo toch energie blijven te produceren.

Daar heb je geen last van als je een wereldwijd netwerk aanlegt, natuurlijk. Doen we nu ook al, want onze stroom komt ook wel eens uit Denemarken, bijvoorbeeld.

Om dan maar over verspilling te zwijgen, ik ken niet de exacte getallen, maar transport van stroom over lange afstand is niet altijd beter dan als je het lokaal kunt produceren (rendement) en laten we dan maar zwijgen over potentiële politieke conflicten tussen regio's en kwaadwillige mensen.

Hoe dacht je dat magnesiumoxide getransporteerd word? Kost dat gen energie?
Aangezien het uit zee water gewonnen wordt is het wel bijna overal voorhandig dus zou het bijna nooit opeen ver transport hoeven. Weet iemand of elk willekeurig zee water hiervoor geschikt is?

HVDC heet dat,

http://nl.wikipedia.org/wiki/HVDC

En transport over lange afstand kan vrij efficiënt zijn, zolang er maar weinig ampere's lopen.

Formeel gezien raakt de zon ooit ook op, kunnen getijden veranderen en kan de wind anders waaien. Maar toch ben ik het met je eens dat het beter niet meer van exploitatie van bodemschatten kan komen.

In feite wordt het als energiedrager gebruikt. Waar aardolie ontbonden wordt in CO2 en H2O met als winst termische energie (warmte), wordt het magnesium omgezet in magnesiumoxide in vaste vorm, om het weer om te zetten in magnesium wordt hetzelfde proces gebruikt als bij het winnen van het magnesium uit het erts.
In feite "stopppen" ze dus energie (hitte) in het magnesiumoxide dat dan chemisch opgeslagen is als magnesium. De energie is als stroom terug te winnen door het proces om te draaien.

Mooi mooi, alles wat een hoger rendement bezorgd is positief in mijn ogen. En aangezien we onze fossiele brandstoffen aan het opgebruiken zijn zullen we er iets spaarzamer mee moeten zijn en genoeg alternatieven voor verzinnen.

Een hoger rendement is mooi idd. Er wordt alleen angstvallig gezwegen over wat dit rendement is. Zonne-energie wordt gebruikt om magnesium te winnen uit magnesiumoxide. Vervolgens wordt deze magnesium weer omgezet in magnesiumoxide in een brandstofcel. Magnesium is dus een opslagmiddel (net als waterstof). In feite is het alleen een extra stap in het gebruik van zonnecellen, en het rendement zal dus wel lager liggen dan van conventionele zonnecellen.

Trouwens wat een onduidelijk artikel:

magnesiumoxide, (...) te verbranden en zo pure magnesium te produceren

Dat is geen verbrandingsproces.

Hij gebruikt daarbij zonnecollectors om een laser een temperatuur van 3700 graden celcius te laten bereiken.

Een laser op zonne-energie? Als iets een inefficiente energieomzetting heeft is het wel een laser. En wat wil de temperatuur van een laser zeggen?

-edit
Als een gefocusseerde bundel zonlicht een sample niet kan verwarmen tot 3700 grd, dan kan een laserstraal die opgewekt is met hetzelfde zonlicht dit zeker niet. (De diffractielimiet van de focus hangt theoretisch wel af van de coherentie van het licht, maar dat lijkt me hier niet van belang.)

[Reactie gewijzigd door poefel op 26 april 2010 18:13]

Een laser op zonne-energie? Als iets een inefficiente energieomzetting heeft is het wel een laser. En wat wil de temperatuur van een laser zeggen?

Bedoelen ze niet het bundelen van zonnelicht om zo hoge temperaturen te bereiken, zonder daarbij verbranding van fossiele brandstoffen voor nodig te hebben? Lijkt me sterk dat ze via zonnecellen een laser van energie zouden voorzien, aangezien er genoeg warmte in de zon zelf zit.

Dat bedoelen ze niet, als je het bronartikel leest, merk je daarin dat het gaat over een "solar-pumped laser", omdat zuiver met het focussen van zonnestralen de vereiste temperatuur van 3700°C niet wordt bereikt. Dit wordt zelfs letterlijk vermeld in paragraaf 2 van het artikel:

The solar-pumped laser is necessary to help obtain this high temperature because concentrated solar energy alone would not be enough to generate 3,700 degrees C.

Bovendien vind ik het ook een beetje raar dat ze het hebben over de verbranding van magnesiumoxide. Het gaat hier juist over een (metallothermische) reductie en dus helemaal niet over verbranding (=oxidatie).

Een laser op zonne-energie? Als iets een inefficiente energieomzetting heeft is het wel een laser. En wat wil de temperatuur van een laser zeggen?

Theoretisch ligt het rendement van een laser hoger dan het rendement van een andere lichtbron met hetzelfde proces. Dus een laserdiode is (in theorie) efficiënter dan een LED, ook omdat het licht veel geconcentreerder naar buiten komt.

Je moet alleen geen gaslasers gaan vergelijken met gloeilampen.

Ik vraag me trouwens wel af waarom ze niet 'gewoon' magnesium voor dit proces kunnen gebruiken. Het spul is redelijk goed beschikbaar als delfstof, en is een licht metaal wat ook gebruikt wordt voor bv. lichtgewicht laptop-behuizingen en blokken van motorfietsen. Dat zouden ze dus zelfs kunnen recyclen.

EDIT: Zelfs als magnesium alleen als opslagmiddel gebruikt wordt (wat je, chemisch gezien, van aardolie ook kan stellen) dan heeft deze techniek al het voordeel dat magnesium veiliger is in transport en opslag.

Ja, het is redelijk brandbaar onder de juiste omstandigheden, maar dat is nu net de reden waarom er energie in opgeslagen wordt.

[Reactie gewijzigd door Stoney3K op 26 april 2010 13:06]

Een hoger rendement is niet altijd goed hoor, als je iedere week je kathode of anode moet vervangen wegens oxidatie of andere dingen die er aan vast hechten is soms een iets lager rendement door andere materialen zonder dit nadeel veel interessanter naar de consument toe.

dit is echt heel tof nieuws. Op dit moment is er nog heel veel magnesium, dus een tekort met stijgende prijzen (zie koper recentelijk) is voorlopig niet te verwachten. Eerder het omgekeerde!

http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=1801

Alleen jammer dat het toch een brandstofcel en geen 'schone' techniek is.

Alleen jammer dat het toch een brandstofcel en geen 'schone' techniek is.

Het eindproduct (magnesiumoxide) kan met behulp van zonlicht (of andere schone energie) vrij eenvoudig weer omgezet worden in metalisch magnesium. En er komt in ieder geval geen CO₂ vrij.

Er is hier zelfs helemaal geen uitstoot. De MgO₂ slaat neer op de magnesium anode als vaste stof.

Strikt genomen is het zelfs geen brandstofcel -- er is onder andere geen continue toevoer van brandstof (magnesium) mogelijk in dit proces. Het is eerder een accu.

Hou op over CO2 kan dat niet meer aanhoren die onzin, inconvienent indeed !

Als je nog steeds bezorgd bent over CO2 na climategate moet je dit eens kijken. Hier praten échte wetenschappers wetenschappelijk over klimaatverandering. Geen politiek geneuzel of uitspraken zonder wetenschappelijke onderbouwing.

De conclusie is ook een heel stuk wetenschappelijker. Er is nu nog niet genoeg data om een definitief oordeel te velgen over klimaatverandering(die data komt pas net binnen), maar de data die er nu is wijst naar een toekomst die helemaal niet rampzalig is.

Magnesium extraheren door verbranding van het oxide daarvan? Lijkt me apekool, vermits het hier om een chemisch reductieproces gaat.

Een oxide verbranden is al een tegenspraak.... Verbranden is per definitie een proces waar je zuurstof toevoegd.

Daarnaast kan ik me niet voorstellen dat het reduceren van Magnesiumoxide een exothermisch proces is. Zeker aangezien er een laser bij komt kijken.

Ofwel; de term "Verbranden" is hier absoluut niet aan de orde.

http://en.wikipedia.org/wiki/Pidgeon_process
Best duidelijk uitgelegd.
Leuk ook dat veel mensen hier denken dat in een brandstofcel de magnesium verbrand wordt :-)

Het komt door Tweakers die de term verbranden volledig onjuist gebruikt.

Aangezien je magnesiumoxide niet kunt verbranden (is al gebeurd namelijk) blijft alleen magnesium zelf als kandidaat over als je het nieuwsbericht leest.

Het lijkt me hier te gaan om ontleden in plaats van verbranden, dit is het omgekeerde, in plaats van verbinden aan zuurstof haal je er zuurstof van af.

Inderdaad.
Het is in fetie 'thermolyse'. Normaal is het evenwicht
2Mg + O2 -> 2 MgO
naar rechts vanwege het sterk onedel karakter van Mg metaal.
Maar bij 3700°C verschuift het naar *links* en dan ontleedt MgO naar Mg metaal (damp) en zuurstof.

Leuke tool hier:

http://navier.engr.colostate.edu/tools/equil.html

[Reactie gewijzigd door skatebiker op 26 april 2010 13:30]

Kan dat waterstof (reactieproduct) niet worden afgevangen en opgeslagen voor gebruik? Twee vliegen in één klap

Kan dat waterstof (reactieproduct) niet worden afgevangen en opgeslagen voor gebruik? Twee vliegen in één klap

Dat lijkt me wel zinnig ja. Als iets een schone brandstof is, dan is het waterstof wel. Als het reageert met zuurstof hou je weer gewoon water over als afval product, en dat kun je met die zonnelaser van 3700 graden weer splitsen (thermolyse) in waterstof en zuurstof (in theorie, het zal gelijk weer reageren waarschijnlijk = boem).

Zo willen we het zien. Misschien kunnen ze dit laten zien op Mythbuster.

Maar ben benieuwd wat het rendement is. Want dit is met het zelfde idee als je water met elektrische tijd water splits (elecktrolyse). Hier gebruik je stroom maar die laser heeft ook veel stroom nodig. Heel misschien heeft het wel meer stroom nog om laser op hoger temperatuur te krijgen.

En dat daarna moet je nog alles verbranden en omzetten.

Het kan net zo goed zijn dat de hoeveelheid producten die je nodig hebt om te maken ook hoog zijn. En dat daarom de prijs ook omhoog gaat.

Die laser wordt echter gevoed door zonlicht stelt het artikel. Dus dat maakt het een bruikbare methode die duurzaam is. Electrolyse is dat niet, omdat het doorgaans meer energie kost om water te splitsen in waterstof en zuurstof, dan je aan opbrengt ophaalt uit het verbranden daar van. ( -> wet behoud van energie en wet behoud van massa ).

In theorie, als die laser zo goed is, kun je de laser(s) gebruiken om water te verhitten, waarmee je stoom opwekt, en daarmee drijf je een stoomturbine aan. Hetzelfde principe dus als nu gebruikt wordt voor zo'n beetje iedere energiecentrale waar verbranding aan te pas komt, en iedere kerncentrale. Dat zou een methode kunnen zijn.

Dan laten we Jamie en Adam de 'verkeerde' methode demonstreren. (arme Buster).

In theorie kan het maar het probleem is dat waterstof een lastig goedje is om op te slaan. Je moet het óf afkoelen en vloeibaar maken wat een hoop energie kost en je hebt een dikke laag isolatie nodig, óf samenpersen wat óók een hoop energie kost en je hebt een sterke en zware tank nodig. Zie ook dit wikipedia-artikel.

Een betere oplossing zou zijn om de waterstof meteen als brandstof te gebruiken maar daar is het waarschijnlijk weer te weinig voor.

[Reactie gewijzigd door Kurgan op 26 april 2010 11:58]

Dit is toch ook gewoon een fossile brandstof? In principe niks anders als kolen in de fik steken.

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 290112 op 26 april 2010 11:40]

Wikipedia:

Fossiele brandstoffen zijn koolwaterstofverbindingen die zijn ontstaan uit resten van plantaardig en dierlijk leven in het geologisch verleden van de aarde, vooral in het Carboon maar ook uit andere tijdperken. Hieronder vallen aardolie, aardgas, steenkool en bruinkool.

Magnesium dus niet...

Volgens mij impliceert fossiele brandstof dat het van fossielen komt.. biologisch materiaal dus. Maar goed ik snap je punt. Smerige goedjes verbranden blijft... smerig.

Takashi Yabe, onderzoeker aan het Tokyo Institute of Technology, heeft een procedé ontwikkeld om magnesiumoxide, afkomstig van zeewater, te verbranden en zo pure magnesium te produceren.

Ik ben niet echt goed in scheikunde of zo, maar toch klinkt dit niet logisch.
Verbranding impliceert toch een binding met zuurstof? Dus als je magnesium om zou zetten naar magnesiumoxide zou dat toch juist verbranding heten? Dit is het omgekeerde. Heet dat kraken?

Ik weet dat bijvoorbeeld bij waterstof, als het verbrandt, waterstof (H) wordt gebonden met zuurstof (O2) om zo water (H20) te vormen. Het omgekeerde, water splitsen in zuurstof en waterstof heet dan dacht ik het kraken van water.

Misschien iemand hier die er wel wat van weet die dit kan verduidelijken?

Het omzetten van water naar zuurstof en waterstof heet electrolyse. Als je een stroom door water laat lopen zal het zich splitsen. Misschien dat men ongeveer hetzelfde doet met magnesiumoxide?

het gaat hier om ontleden, niet verbranden, bij ontleden wordt het magnesium en het oxide gescheiden

2 MgO -> 2 Mg + O 2

Dit kan dus gebeuren onder invloed van warmte.

Nou is mij ooit eens geleerd, en please correct me if I'm wrong,
dat door gewone electrolische men ook waterstof verkrijgt.

min en plus pool... in het water hangen, waterstof aan de ene en zuurstof komt aan de andere kant vrij.

En nu is mij zelfs ooit vertelt dat door middel van van dit proces in een gewone verbrandings motor door te voeren men zelfs meer electriciteit kon maken dan nodig was om waterstof te krijgen, met andere woorden, meer energie uit minder.

Weet iemand hier het fijne van ??

In één woord: Hoax.

Of twee woorden: Perpetuum Mobile.

Je kan geen energie uit niks halen en energie gaat nooit verloren. Basisprincipe van scheikunde.

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 290112 op 26 april 2010 12:10]

Magnesium is toch zelf licht ontvlambaar? Hoe kun je dan magnesium maken met behulp van 3700 graden. Bij mij zou tijdens het maken ervan, het product gewoon mee opbranden als ik dat zou proberen.

En daarnaast nog heeft magnesium behoorlijk wat vaste rest afval, dat lijkt me niet bevordelijk om in een brandstofcell te hebben, dat is binnen 2 dagen dicht geslibt.
Waterstof heeft een hele schone verbranding. Net als Ethanol/Alcohol.

magnesium is niet licht ontvlambaar, het is een metaal.
en in het magnesium wordt als onderdeel van de brandstofcel gebruikt, niet als de brandstof

[Reactie gewijzigd door ArnoAG op 26 april 2010 11:56]

Niet licht ontvlambaar, maar het brand wel heel intensief. En het vliegt wel in de fik bij 3700 graden, wat Bulls probeerde te zeggen.

Buiten dat zijn er wel gewoon licht ontvlambaren metalen hoor, natriumhydroxide bijvoorbeeld.

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 290112 op 26 april 2010 12:00]

>> Buiten dat zijn er wel gewoon licht ontvlambaren metalen hoor, natriumhydroxide bijvoorbeeld.

NaOH een metaal ???? Nee hoor een hydroxide van een (buitengewoon brandbaar) netaal : Natrium , je weet wel van die gele straatlampen.

Kijk maar naar http://en.wikipedia.org/wiki/NaOH
en http://en.wikipedia.org/wiki/Sodium

[Reactie gewijzigd door skatebiker op 26 april 2010 13:35]

Natrium en Calium zijn zulke on-edele metalen dat ze zo hard roesten dat ze in de brand vliegen. Als je een chipje in een bak water gooit dan blijft het rond schieten tot het volledig opgebrand is. Maar we hebben allemaal wel scheidkunde gehad neem ik aan?

Magnesium verbrandt niet, het is een metaal dat niet verder te ontleden valt.
Wat wel kan verbranden is magnesiumOxide zodat het ontleed in Magnesium en zuurstof..

Ehm... waterstof valt toch ook niet verder te ontleden? En waterstof kan toch verbranden tot water? Dit is juist mijn vraag. Volgens mij draaien ze de boel om hier.

Verbranding is toch een als een stof een verbinding aangaat met zuurstof, waarbij warmte vrij komt?
Ik kan me wel voorstellen dat een zuurstofverbinding zoals magnesiumoxide door warmte toe te voegen weer ongedaan kan worden gemaakt, maar dat lijkt me dan niet verbranding.