Un dispositivo conveniente rende i forni domestici più puliti, più sicuri e più a lungo

Di Oak Ridge National Laboratory, 16 marzo 2023

Il pluripremiato forno a gas naturale a condensazione ultrapulito ad alta efficienza di ORNL è dotato di una tecnologia aggiuntiva conveniente in grado di rimuovere oltre il 99,9% dei gas acidi e di altre emissioni. La tecnologia può anche essere aggiunta ad altre apparecchiature alimentate a gas naturale. Credito: Jill Hemman/ORNL

I forni a gas naturale non solo riscaldano la tua casa, ma producono anche una notevole quantità di inquinamento.

Anche i moderni forni a condensazione ad alta efficienza producono quantità significative di condensa acida corrosiva e livelli insalubri di ossidi di azoto, monossido di carbonio, idrocarburi e metano. Queste emissioni vengono generalmente scaricate nell’atmosfera e finiscono per inquinare il nostro suolo, l’acqua e l’aria.

Ora, gli scienziati dell’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Dipartimento dell’Energia hanno sviluppato una tecnologia aggiuntiva conveniente che rimuove oltre il 99,9% dei gas acidi e altre emissioni per produrre una fornace di gas naturale ultrapulita. Questa tecnologia di riduzione del gas acido, o AGR, può essere aggiunta anche ad altre apparecchiature alimentate a gas naturale come scaldabagni, caldaie commerciali e forni industriali.

"Proprio come i convertitori catalitici aiutano a ridurre le emissioni di miliardi di veicoli in tutto il mondo, la nuova tecnologia AGR può virtualmente eliminare i problematici gas serra e la condensa acida prodotti dai forni a gas residenziali nuovi ed esistenti di oggi", ha affermato Zhiming Gao, ricercatore presso l'Energy Science and Technology dell'ORNL. Direzione. “Un condensato ecologico elimina la necessità di utilizzare materiali in acciaio inossidabile resistenti alla corrosione per gli scambiatori di calore del forno, riducendo i costi di produzione”.

Per dimostrare l'efficacia della riduzione del gas acido in una fornace, i ricercatori hanno fabbricato un catalizzatore AGR, lo hanno racchiuso in un alloggiamento metallico e hanno installato il dispositivo su un forno a condensazione ad alta efficienza standard disponibile in commercio. I risultati dopo un test di affidabilità e durata di 400 ore hanno mostrato che l'AGR ha rimosso quasi completamente le emissioni nocive dai gas di scarico e ha prodotto una condensa non acida con un livello di pH neutro.

Per esaminare le condizioni interne e la distribuzione della fuliggine dell'AGR post-test senza danneggiare i canali di flusso del gas del dispositivo, gli scienziati hanno utilizzato la tomografia computerizzata a neutroni presso l'High Flux Isotope Reactor dell'ORNL, o HFIR. A differenza dei raggi X, i neutroni possono penetrare nell’involucro metallico per registrare immagini che vengono poi utilizzate per produrre rappresentazioni 2D e 3D del dispositivo utilizzato.

“Tali intuizioni consentiranno di migliorare la progettazione dei dispositivi AGR per un modello di flusso di gas più uniforme e autopulente”, ha affermato Gao. “Ciò contribuirà anche ad alleviare l’eccessivo accumulo di fuliggine per migliorare le prestazioni del forno abilitato all’AGR”.

Le particelle di fuliggine, che tipicamente si formano a causa della combustione incompleta degli idrocarburi, contengono una notevole quantità di idrogeno. I neutroni sono particolarmente bravi a rilevare e mappare l’idrogeno e altri elementi leggeri.

"L'imaging e la mappatura dei neutroni dopo il test AGR hanno fornito dettagli su come i gas di combustione fluivano attraverso l'AGR, rivelando il pesante accumulo di particelle di fuliggine nel mezzo del catalizzatore", ha affermato Yuxuan Zhang dell'ORNL, uno scienziato che si occupa di strumenti per neutroni presso HFIR.

La tecnologia AGR consentirebbe ai produttori di forni di utilizzare materiali più convenienti rispetto agli acciai inossidabili utilizzati nella maggior parte degli scambiatori di calore. Questa maggiore convenienza potrebbe consentire ai produttori di forni di vendere più forni ad alta efficienza che soddisfano i nuovi standard proposti dalla California per le emissioni dei forni residenziali e commerciali.

"Attualmente, i forni abilitati all'AGR richiederebbero la rigenerazione offline del dispositivo circa una volta ogni tre anni in condizioni di utilizzo normali", ha affermato Gao. “L’unità AGR potrebbe essere rimossa dal proprietario di una casa o da un tecnico e trasportata in un luogo di rigenerazione e riciclaggio. Sarebbe simile al modo in cui i consumatori portano i loro serbatoi di gas naturale vuoti per le loro griglie all’aperto a un rivenditore per scambiarli con serbatoi pieni”.