Electrons to Iron: green iron powder production via low-temperature electrolysis

Descripción del proyecto

Repensar la fabricación del hierro

La siderurgia se encamina hacia un ajuste de cuentas. A medida que aumenta la demanda de acero más ecológico, los científicos se plantean la electrólisis a baja temperatura. Este método podría funcionar con electricidad renovable y materias primas económicas de óxido de hierro. Sin embargo, los mecanismos subyacentes siguen sin estar claros. El proyecto EcoIron, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, pretende determinar cómo se forma el metal durante la electrodeposición en condiciones de electrolito heterogéneo. En concreto, estudiará la transformación de los óxidos de hierro, rastreará el crecimiento de delicadas dendritas de hierro con imágenes avanzadas de rayos X y modelizará la compleja interacción entre los fenómenos de transporte de partículas, iones y corrientes, la cinética de reacción y el cambio de fase (nucleación y crecimiento). Los resultados allanarán el camino para un nuevo proceso continuo de producción de polvo de hierro electrolítico, que sentará las bases de una siderurgia más limpia y del almacenamiento de energía de nueva generación.

Objetivo

We are on the eve of a worldwide ironmaking transition. Low-temperature electrolysis (/electrodeposition) for ironmaking has recently received increasing attention as it makes direct usage of (renewable) electricity. One problem, fundamental understanding of metal electrodeposition is largely lacking. Nobody truly understands the process. With EcoIron I want to devote my knowledge in experimental and numerical chemical engineering process to the challenge of leveraging the state-of-the-art metal electrodeposition science. Such knowledge has a huge application potential in green steel production and iron-based energy storage.
Four work packages (WP) are outlined:
1.to determine the governing mechanism and kinetics of oxide-to-iron electrochemical transformation from systematic experiments and characterization. The outcome will close a long-lasting scientific debate on dissolution-redeposition vs. solid-state reduction mechanism.
2.to unveil the mechanism and conditions for formation and microstructure evolution of iron dendrites using advanced X-ray visualization techniques. The impact of this groundbreaking knowledge stretches beyond the metal production community to the rechargeable battery community.
3.to clarify the roles of particle-bubble transport and species-current transfer via advanced CFD-electrochemical coupled modelling, offering strategies to enable faster conversion. This will lead to a breakthrough in metal electrowinning technologies and an advanced numerical tool for the scientific community.
4.to demonstrate a novel process for continuous production of electrolytic iron powder. This unites, translates, and validates the scientific knowledge from WPs1-3.
The combined outcomes in this project constitute a breakthrough in the metal electrodeposition science. EcoIron is a beginning, which lays a robust foundation for more inclusive scientific and technological advance in the field on electrolysis for metal production to drive the sustainability