Перерабатываемые металлические топлива для экологически чистой и компактной безуглеродной энергетики

Металлические топлива, являясь перерабатываемыми носителями чистой энергии, представляют собой перспективную альтернативу ископаемому топливу в будущей низкоуглеродной экономике. Ископаемое топливо — удобный и широко доступный источник аккумулированной солнечной энергии, обеспечивший развитие современного общества; однако его производство не может бесконечно поспевать за растущим спросом на энергию, а выбросы диоксида углерода при сжигании ископаемого топлива вызывают изменение климата. Для замены многочисленных незаменимых функций ископаемого топлива необходимы низкоуглеродные энергоносители с высокой энергетической плотностью, в том числе для производства электрической и тепловой энергии, питания транспортных парков и международной торговли энергией. Металлы обладают высокой энергетической плотностью и поэтому используются как топливо во многих аккумуляторах, энергетических материалах и ракетных топливах. Металлические топлива можно сжигать в воздухе или взаимодействовать с водой, высвобождая их химическую энергию в установках различного масштаба производства энергии. Оксидные продукты сгорания металлов представляют собой твердые вещества, которые можно улавливать и перерабатывать с помощью безуглеродных электролизных процессов, работающих на чистой энергии, что позволяет использовать металлы как перерабатываемые безуглеродные солнечные топлива или электротоплива. Ключевым технологическим барьером для более широкого применения металлических топлив является отсутствие чистых и эффективных камер сгорания, реакторов и двигателей для преобразования их химической энергии в механическую или электрическую энергию. В статье рассматривается концепция низкоуглеродных металлических топлив и обобщается современное состояние знаний о реакции металлических топлив с водой, обеспечивающей получение горячего водорода по требованию, а также о сгорании металлических топлив в воздухе в ламинарных и турбулентных пламенах. Многие важные вопросы, касающиеся процессов сгорания металлических топлив, остаются нерешенными; это относится и к вопросам эффективности энергетического цикла, экологического воздействия на протяжении жизненного цикла и экономической целесообразности использования металлов в качестве перерабатываемых топлив. Металлические топлива могут стать важным технологическим вариантом для будущего низкоуглеродного общества и заслуживают целенаправленного внимания.