Scienza e tecnologia della combustione dell’ammoniaca
Questo documento si concentra sul potenziale uso di ammoniaca come combustibile privo di carbonio, e copre i recenti progressi nello sviluppo della tecnologia di combustione dell’ammoniaca e la sua chimica sottostante. Il rispetto dell’accordo COP21 di Parigi richiede la de-carbonizzazione della produzione di energia, attraverso l’utilizzo di combustibili carbon-neutral e complessivamente carbon-free prodotti da fonti rinnovabili. L’idrogeno è uno di questi combustibili, che è un potenziale vettore energetico per ridurre le emissioni di gas serra. Tuttavia, la sua spedizione per lunghe distanze e lo stoccaggio per lunghi tempi presentano sfide. L’ammoniaca, d’altra parte, comprende il 17,8% di idrogeno in massa e può essere prodotta da idrogeno rinnovabile e azoto separati dall’aria. Inoltre, le proprietà termiche dell’ammoniaca sono simili a quelle del propano in termini di temperatura di ebollizione e pressione di condensazione, rendendola attraente come vettore di idrogeno ed energia. L’ammoniaca è stata prodotta e utilizzata negli ultimi 100 anni come fertilizzante, materia prima chimica e refrigerante. L’ammoniaca può essere utilizzata come combustibile, ma ci sono diverse sfide nella combustione dell’ammoniaca, come bassa infiammabilità, alta emissione di NOx e bassa intensità di radiazione. Superare queste sfide richiede ulteriori ricerche sulla dinamica e la chimica della fiamma dell’ammoniaca. Questo documento discute le recenti applicazioni di successo del combustibile ammoniacale, nelle turbine a gas, in co-cotto con carbone polverizzato e nei forni industriali. Queste applicazioni sono state implementate nell’ambito del “Programma strategico interministeriale di promozione dell’innovazione (SIP): Energy Carriers” giapponese. Inoltre, vengono discussi gli aspetti fondamentali della combustione dell’ammoniaca, comprese le caratteristiche delle fiamme premiscelate laminari, delle fiamme doppie controcorrente e delle fiamme premiscelate turbolente stabilizzate da un bruciatore a ugello ad alta pressione. Inoltre, questo articolo discute i dettagli della chimica della combustione dell’ammoniaca relativa alla produzione di NOx, i processi per la riduzione di NOx e la convalida di diversi modelli di cinetica di ossidazione dell’ammoniaca. Infine, vengono presentati i risultati di LES per un bruciatore a turbolenza simile a una turbina a gas, allo scopo di sviluppare combustori per turbine a gas ad ammoniaca monocarburante a basso contenuto di NOx.
