Dispositivo acessível torna os fornos domésticos mais limpos, seguros e duradouros

Por Oak Ridge National Laboratory 16 de março de 2023

O premiado forno a gás natural de condensação ultralimpo e de alta eficiência da ORNL apresenta uma tecnologia complementar acessível que pode remover mais de 99,9% dos gases ácidos e outras emissões. A tecnologia também pode ser adicionada a outros equipamentos movidos a gás natural. Crédito: Jill Hemman/ORNL

Os fornos a gás natural não apenas aquecem a sua casa, mas também produzem uma quantidade significativa de poluição.

Mesmo os fornos de condensação modernos de alta eficiência produzem quantidades significativas de condensação ácida corrosiva e níveis prejudiciais à saúde de óxidos de nitrogênio, monóxido de carbono, hidrocarbonetos e metano. Essas emissões são normalmente liberadas para a atmosfera e acabam poluindo nosso solo, água e ar.

Agora, cientistas do Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) do Departamento de Energia desenvolveram uma tecnologia complementar acessível que remove mais de 99,9% dos gases ácidos e outras emissões para produzir um forno de gás natural ultralimpo. Essa tecnologia de redução de gás ácido, ou AGR, também pode ser adicionada a outros equipamentos movidos a gás natural, como aquecedores de água, caldeiras comerciais e fornos industriais.

“Assim como os conversores catalíticos ajudam a reduzir as emissões de bilhões de veículos em todo o mundo, a nova tecnologia AGR pode virtualmente eliminar os problemáticos gases de efeito estufa e a condensação ácida produzida pelos atuais e novos fornos residenciais a gás”, disse Zhiming Gao, pesquisador da equipe de Ciência e Tecnologia de Energia do ORNL. Diretoria. “Um condensado ecológico elimina a necessidade de usar materiais de aço inoxidável resistentes à corrosão para trocadores de calor de fornos, o que reduz os custos de fabricação.”

Para demonstrar a eficácia da redução de gases ácidos em um forno, os pesquisadores fabricaram um catalisador AGR, colocaram-no em uma caixa de metal e instalaram o dispositivo em um forno de condensação de alta eficiência padrão disponível comercialmente. Os resultados após um teste de confiabilidade e durabilidade de 400 horas mostraram que o AGR removeu quase completamente as emissões prejudiciais dos gases de combustão e produziu um condensado não ácido com um nível de pH neutro.

Para examinar a condição interna e a distribuição de fuligem do AGR pós-teste sem danificar os canais de fluxo de gás do dispositivo, os cientistas usaram tomografia computadorizada de nêutrons no Reator Isótopo de Alto Fluxo do ORNL, ou HFIR. Ao contrário dos raios X, os nêutrons podem penetrar na caixa metálica para registrar imagens que são então usadas para produzir representações 2D e 3D do dispositivo utilizado.

“Essas percepções permitirão designs aprimorados de dispositivos AGR para um padrão de fluxo de gás mais uniforme e autolimpante”, disse Gao. “Isso também ajudará a aliviar o acúmulo excessivo de fuligem para melhorar o desempenho do forno habilitado para AGR.”

Partículas de fuligem, que normalmente se formam devido à combustão incompleta de hidrocarbonetos, contêm uma quantidade substancial de hidrogênio. Os nêutrons são especialmente bons na detecção e mapeamento de hidrogênio e outros elementos leves.

“A imagem e o mapeamento de nêutrons após o teste AGR forneceram detalhes sobre como o gás de combustão fluía através do AGR, o que revelou o forte acúmulo de partículas de fuligem no meio do catalisador”, disse Yuxuan Zhang do ORNL, cientista de instrumentos de nêutrons no HFIR.

A tecnologia AGR permitiria que os fabricantes de fornos usassem materiais mais acessíveis do que os aços inoxidáveis ​​usados ​​na maioria dos trocadores de calor. Esta maior acessibilidade poderia permitir que os fabricantes de fornos vendessem mais fornos de alta eficiência que atendam aos novos padrões propostos pela Califórnia para emissões de fornos residenciais e comerciais.

“Atualmente, os fornos habilitados para AGR exigiriam a regeneração off-line do dispositivo cerca de uma vez a cada três anos sob condições normais de uso”, disse Gao. “A unidade AGR pode ser removida por um proprietário ou técnico e transportada para um local de regeneração e reciclagem. Isso seria semelhante à forma como os consumidores levam seus tanques vazios de gás natural para churrasqueiras externas a um revendedor para trocá-los por tanques cheios.”