Science and technology of ammonium combustion
tässä asiakirjassa keskitytään ammoniakin mahdolliseen käyttöön hiilettömänä polttoaineena ja käsitellään ammoniakin palamisteknologian ja sen taustalla olevan kemian viimeaikaisia edistysaskelia. Pariisin COP21-sopimuksen täyttäminen edellyttää energiantuotannon hiilidioksidipäästöjen vähentämistä hyödyntämällä uusiutuvista lähteistä tuotettuja hiilineutraaleja ja kokonaishiilettömiä polttoaineita. Vety on yksi tällaisista polttoaineista, joka on potentiaalinen energiakuljetusajoneuvo kasvihuonekaasupäästöjen vähentämisessä. Sen siirto pitkille matkoille ja varastointi pitkille ajoille asettavat kuitenkin haasteita. Ammoniakkia taas on massaltaan 17,8 prosenttia vedystä ja sitä voidaan valmistaa ilmasta erotetusta uusiutuvasta vedystä ja typestä. Lisäksi ammoniakin lämpöominaisuudet ovat kiehumislämpötilaltaan ja kondensaatiopaineeltaan samanlaiset kuin propaanilla, mikä tekee siitä houkuttelevan vedyn ja energian kantajana. Ammoniakkia on tuotettu ja hyödynnetty viimeiset 100 vuotta lannoitteena, kemiallisena raaka-aineena ja kylmäaineena. Ammoniakkia voidaan käyttää polttoaineena, mutta ammoniakin palamisessa on useita haasteita, kuten alhainen syttyvyys, suuri NOx-päästö ja alhainen säteilyteho. Näiden haasteiden voittaminen vaatii lisätutkimusta ammoniakin liekkidynamiikasta ja kemiasta. Tässä asiakirjassa käsitellään viime aikoina onnistuneita sovelluksia ammoniakin polttoaineen, kaasuturbiinien, co-poltetaan pulverize hiili, ja teollisuuden uunit. Nämä sovellukset on toteutettu Japanin “ministeriöiden välisen strategisen innovoinnin edistämisohjelman (SIP): Energy Carriers” puitteissa. Lisäksi käsitellään ammoniakin palamisen perusnäkökohtia, mukaan lukien laminaarisen esisekoitetun liekin, vastavirtakaksoistulen ja turbulenttisen esisekoitetun liekin ominaisuudet, jotka on stabiloitu suuttimen polttimella korkeassa paineessa. Lisäksi tässä asiakirjassa käsitellään yksityiskohtia ammoniakin palamisen kemiasta, joka liittyy NOx-tuotantoon, NOx-pelkistysprosesseihin ja useiden ammoniakin hapetuskinetiikkamallien validointiin. Lopuksi esitetään kaasuturbiinin kaltaisen pyörrepolttimen LES-tulokset, joiden tarkoituksena on kehittää vähän NOx: ää käyttäviä yksipolttoaineisia ammoniakkikaasuturbiinien polttimia.
