El horno de gas natural de condensación ultra limpio y de alta eficiencia galardonado de ORNL cuenta con una tecnología complementaria asequible que puede eliminar más del 99,9 % de los gases ácidos y otras emisiones. La tecnología también se puede agregar a otros equipos que funcionan con gas natural. Crédito: Jill Hemman/ORNL
Los hornos de gas natural no solo calientan su hogar, sino que también producen una cantidad significativa de contaminación.
Incluso los hornos de condensación modernos de alta eficiencia producen cantidades significativas de condensado ácido corrosivo y niveles nocivos de óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, hidrocarburos y metano. Estas emisiones normalmente se liberan a la atmósfera y terminan contaminando nuestro suelo, agua y aire.
Ahora, los científicos del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía han desarrollado una tecnología complementaria asequible que elimina más del 99,9 % de los gases ácidos y otras emisiones para producir un horno de gas natural ultralimpio. Esta tecnología de reducción de gas amargo, o AGR, también se puede agregar a otros equipos alimentados con gas natural, como calentadores de agua, calderas comerciales y hornos industriales.
«Así como los convertidores catalíticos ayudan a reducir las emisiones de miles de millones de vehículos en todo el mundo, la nueva tecnología AGR puede eliminar virtualmente los molestos gases de efecto invernadero y la condensación ácida producida por los hornos de gas residenciales nuevos y existentes de la actualidad», dijo Zhiming Gao, investigador de Energy Science and Equipo de tecnología en Directorio ORNL. “El condensado ecológico elimina la necesidad de utilizar materiales de acero inoxidable resistentes a la corrosión para los intercambiadores de calor del horno, lo que reduce los costos de fabricación”.
Para demostrar la eficacia de la reducción de gas ácido en un horno, los investigadores fabricaron un catalizador AGR, lo colocaron en una carcasa de metal e instalaron el dispositivo en un horno de condensación estándar de alta eficiencia disponible comercialmente. Los resultados después de una prueba de confiabilidad y durabilidad de 400 horas mostraron que el AGR eliminó casi por completo las emisiones dañinas de gases de combustión y produjo un condensado no ácido con un nivel de pH neutro.
Para examinar la condición interna y la distribución del hollín del AGR posterior a la prueba sin dañar los canales de flujo de gas del dispositivo, los científicos utilizaron tomografía computarizada de neutrones en el reactor de isótopos de alto flujo de ORNL, o HFIR. A diferencia de los rayos X, los neutrones pueden penetrar la carcasa de metal para registrar imágenes que se utilizan para producir representaciones en 2D y 3D del dispositivo que se utiliza.
“Estos conocimientos permitirán diseños mejorados de dispositivos AGR para un patrón de flujo de gas autolimpiante más uniforme”, dijo Gao. “Esto también ayudará a aliviar la acumulación excesiva de hollín para mejorar el rendimiento del horno habilitado para AGR”.
Las partículas de hollín, que normalmente se forman debido a la combustión incompleta de los hidrocarburos, contienen una cantidad sustancial de hidrógeno. Los neutrones son especialmente buenos para detectar y mapear hidrógeno y otros elementos ligeros.
«Las imágenes y el mapeo de neutrones después de la prueba AGR proporcionaron detalles sobre cómo fluyó el gas de combustión a través del AGR, lo que reveló la gran acumulación de partículas de hollín en el medio del catalizador», dijo Yuxuan Zhang de ORNL, científico de instrumentos de HFIR neutrones.
La tecnología AGR permitiría a los fabricantes de hornos utilizar materiales más asequibles que los aceros inoxidables utilizados en la mayoría de los intercambiadores de calor. Esta mayor asequibilidad podría permitir a los fabricantes de hornos vender más hornos de alta eficiencia que cumplan con los nuevos estándares propuestos por California para las emisiones de hornos residenciales y comerciales.
“Actualmente, los hornos habilitados para AGR requerirían una regeneración fuera de línea del dispositivo una vez cada tres años en condiciones normales de uso”, dijo Gao. “La unidad AGR puede ser retirada por un propietario o técnico y transportada a un sitio de regeneración y reciclaje. Esto sería similar a cómo los consumidores llevan sus tanques de gas natural vacíos para sus parrillas al aire libre a un distribuidor para cambiarlos por tanques llenos”.
Referencia: «Diagnóstico de imagen de neutrones no destructivos del catalizador de reducción de gas ácido después de 400 horas de operación en horno de gas natural» por Zhiming Gao, Yuxuan Zhang, Shuo Qian, Weiwei Yang, Zili Wu, Kyle Gluesenkamp, Kashif Nawaz y Anthony Gehl, 2 de noviembre , 2022, Revista Ingeniería Química.
DOI: 10.1016/j.cej.2022.140099
En 2022, la tecnología ORNL AGR recibió el codiciado premio R&D 100 y fue seleccionada para una inversión específica a través del Programa de Innovación Tecnológica de ORNL.
La investigación fue patrocinada por la Oficina de Tecnologías de Construcción del DOE y utilizó recursos del Centro de Investigación e Integración de Tecnologías de Construcción de ORNL, HFIR y el Centro de Ciencias de Materiales de Nanofase, o CNMS.
