手頃な価格のデバイスで家庭用炉をよりクリーン、より安全、より長くすることができます

オークリッジ国立研究所 2023年3月16日

受賞歴のある ORNL のウルトラクリーン凝縮高効率天然ガス炉は、酸性ガスやその他の排出物の 99.9% 以上を除去できる手頃な価格のアドオン技術を備えています。 この技術は他の天然ガス駆動機器にも追加できます。 クレジット: Jill Hemman/ORNL

天然ガス炉は家を暖めるだけでなく、大量の汚染も引き起こします。

最新の高効率凝縮炉でも、大量の腐食性酸性凝縮と、不健康なレベルの窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素、およびメタンが生成されます。 これらの排出物は通常、大気中に排出され、最終的には土壌、水、大気を汚染します。

今回、エネルギー省のオークリッジ国立研究所 (ORNL) の科学者たちは、酸性ガスやその他の排出物の 99.9% 以上を除去して超クリーンな天然ガス炉を製造する、手頃な価格の追加技術を開発しました。 この酸性ガス削減 (AGR) 技術は、給湯器、商業用ボイラー、工業炉などの他の天然ガス駆動機器にも追加できます。

「触媒コンバーターが世界中の数十億台の自動車からの排出ガス削減に役立つのと同じように、新しい AGR 技術は、今日の新規および既存の家庭用ガス炉によって生成される問題のある温室効果ガスと酸性凝縮を事実上排除できます」と ORNL エネルギー科学技術のスタッフ研究員 Zhiming Gao 氏は述べています。総局。 「環境に優しい凝縮水により、炉の熱交換器に耐食性のステンレス鋼材料を使用する必要がなくなり、製造コストが削減されます。」

炉内での酸性ガス削減の有効性を実証するために、研究者らはAGR触媒を作製し、それを金属ハウジングに封入し、その装置を標準的な市販の高効率凝縮炉に設置した。 400 時間の信頼性と耐久性テストの結果、AGR が排ガスから有害な排出物をほぼ完全に除去し、中性 pH レベルの非酸性凝縮物を生成することが示されました。

装置のガス流路を損傷することなく、試験後の AGR の内部状態と煤の分布を調べるために、科学者らは ORNL の高フラックス同位体反応炉 (HFIR) で中性子コンピューター断層撮影法を使用しました。 X 線とは異なり、中性子は金属ハウジングを透過して画像を記録し、その後、使用されたデバイスの 2D および 3D 表現を生成するために使用されます。

「このような洞察により、より均一で自己洗浄性のガス流パターンを実現する改良型 AGR デバイス設計が可能になります」と Gao 氏は述べています。 「これは、過剰な煤の蓄積を軽減し、AGR 対応炉のパフォーマンスを向上させるのにも役立ちます。」

炭化水素の不完全燃焼により通常形成されるすす粒子には、大量の水素が含まれています。 中性子は、水素やその他の軽元素の検出とマッピングに特に優れています。

「AGR試験後の中性子イメージングとマッピングにより、排ガスがAGRをどのように流れるかについての詳細が得られ、触媒の中央にすす粒子が大量に蓄積していることが明らかになりました」とORNLのHFIRの中性子機器科学者Yuxuan Zhang氏は述べた。

AGR技術により、炉メーカーは、ほとんどの熱交換器で使用されるステンレス鋼よりも手頃な材料を使用できるようになります。 この手頃な価格の増加により、炉メーカーは、カリフォルニア州が提案している住宅用および商業炉の排出ガスに関する新しい基準を満たす、より多くの高効率炉を販売できるようになる可能性があります。

「現在、AGR 対応炉では、通常の使用条件下では約 3 年に 1 回、デバイスのオフライン再生が必要になります」と Gao 氏は述べています。 「AGR ユニットは住宅所有者または技術者によって取り外され、再生およびリサイクルの場所に運ばれる可能性があります。 これは、消費者が屋外グリル用の空の天然ガスタンクをディーラーに持ち込み、満タンのタンクと交換してもらうのと似ています。」