Nya simuleringar indikerar att virvlande ammoniak i förbränningskammare kan bidra till att minska skadliga utsläpp – insikter som kan hjälpa pågående ansträngningar att utveckla ammoniak som en kolfri bränslekälla.

Forskare i Japan har identifierat ett sätt att minska skadliga utsläpp från ammoniakbränsle. Det handlar om att virvla gasen med luft som en del av kraftgenereringsprocessen. Fyndet hjälper till att främja forskningen om ammoniak som ett alternativ till kolbaserade bränslen för bilar, flygplan, och kraftproduktionsanläggningar.

Ammoniak (NH ₃ ) är en förening som innehåller en kväve- och tre väteatomer. Det är under utredning som en alternativ bränslekälla av flera skäl. Den innehåller mycket väte, men är billigare och mindre brandfarligt än rent väte, gör det säkrare att transportera. Produktionsanläggningar finns redan eftersom ammoniak används i stor utsträckning i konstgödsel.

Än så länge, ammoniak har ansetts vara ett bränsle när det blandas med bensin, diesel, väte- och metanbränslen för att minska andelen kolbaserade bränslen och deras utsläpp som bidrar till klimatförändringarna. Att utveckla ammoniak som en ren bränslekälla är fortfarande en utmaning, delvis för att relativt höga halter av skadliga kväveoxidutsläpp produceras under förbränningsprocessen.

Kväveoxid är känt för att vara skadligt för människors hälsa, bidrar till ozonnedbrytning, och när det reagerar med andra föreningar, bidrar till surt regn och atmosfärisk uppvärmning.

Ett team från Institute of Fluid Science vid Tohoku University i Japan använde superdatorer för att köra "stora virvelsimuleringar" för att analysera hur ammoniakbränsle beter sig under olika förbränningsförhållanden, och för att se om det är teoretiskt möjligt att minska kväveoxidutsläppen.

Specifikt, de analyserade vad som hände när ammoniak virvlades ihop med luft inne i en teoretisk förbränningskammare under olika tryck. De jämförde resultaten med resultaten av ammoniak och luft som förblandats innan de gick in i förbränningskammaren, som är känt för att ge färre kväveoxidutsläpp vid höga förhållanden mellan bränsle och luft.

De fann att virvlande inte en, men två strömmar ammoniakgas med en luftström minskade kväveoxidutsläppen till nivåer i nivå med förblandade processer. Att göra volymen av de två ammoniakströmmarna mellan de innersta och yttersta virvlarna ojämn – 60 procent och 40 procent av det totala insprutade bränslet, respektive – ledde till en jämnare fördelning av bränsle och luft i hela förbränningskammaren, vilket gav lägre kväveoxidutsläpp.

Fortfarande, utsläppsnivåerna var högre än de japanska miljöbestämmelserna för gasturbiner. Forskarna planerar att nästa gång testa om injicering av luft nedströms brännkammaren ytterligare minskar utsläppen.