Un appareil abordable rend les fournaises domestiques plus propres, plus sûres et plus longues

Par Laboratoire national d'Oak Ridge16 mars 2023

La fournaise au gaz naturel à condensation ultrapropre et à haute efficacité primée d'ORNL est dotée d'une technologie complémentaire abordable qui peut éliminer plus de 99,9 % des gaz acides et autres émissions. La technologie peut également être ajoutée à d’autres équipements fonctionnant au gaz naturel. Crédit : Jill Hemman/ORNL

Les fournaises au gaz naturel chauffent non seulement votre maison, mais elles produisent également une quantité importante de pollution.

Même les fours à condensation modernes à haut rendement produisent des quantités importantes de condensation acide corrosive et des niveaux malsains d’oxydes d’azote, de monoxyde de carbone, d’hydrocarbures et de méthane. Ces émissions sont généralement évacuées dans l’atmosphère et finissent par polluer notre sol, notre eau et notre air.

Aujourd'hui, des scientifiques du Laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) du ministère de l'Énergie ont développé une technologie complémentaire abordable qui élimine plus de 99,9 % des gaz acides et autres émissions pour produire un four à gaz naturel ultra propre. Cette technologie de réduction des gaz acides, ou AGR, peut également être ajoutée à d’autres équipements fonctionnant au gaz naturel tels que les chauffe-eau, les chaudières commerciales et les fours industriels.

"Tout comme les convertisseurs catalytiques aident à réduire les émissions de milliards de véhicules dans le monde, la nouvelle technologie AGR peut pratiquement éliminer les gaz à effet de serre problématiques et la condensation acide produits par les fours à gaz résidentiels nouveaux et existants d'aujourd'hui", a déclaré Zhiming Gao, chercheur au département des sciences et technologies énergétiques de l'ORNL. Direction. « Un condensat respectueux de l'environnement élimine le besoin d'utiliser des matériaux en acier inoxydable résistant à la corrosion pour les échangeurs de chaleur des fours, ce qui réduit les coûts de fabrication. »

Pour démontrer l'efficacité de la réduction des gaz acides dans un four, les chercheurs ont fabriqué un catalyseur AGR, l'ont enfermé dans un boîtier métallique et ont installé l'appareil sur un four à condensation à haut rendement standard disponible dans le commerce. Les résultats après un test de fiabilité et de durabilité de 400 heures ont montré que l'AGR éliminait presque complètement les émissions nocives des gaz de combustion et produisait un condensat non acide avec un niveau de pH neutre.

Pour examiner l'état interne et la distribution de suie de l'AGR post-test sans endommager les canaux d'écoulement de gaz de l'appareil, les scientifiques ont utilisé la tomodensitométrie neutronique au réacteur isotopique à haut flux de l'ORNL, ou HFIR. Contrairement aux rayons X, les neutrons peuvent pénétrer dans le boîtier métallique pour enregistrer des images qui sont ensuite utilisées pour produire des représentations 2D et 3D de l'appareil utilisé.

"De telles informations permettront d'améliorer la conception des dispositifs AGR pour un modèle d'écoulement de gaz plus uniforme et autonettoyant", a déclaré Gao. "Cela contribuera également à atténuer l'accumulation excessive de suie afin d'améliorer les performances des fours compatibles AGR."

Les particules de suie, qui se forment généralement en raison de la combustion incomplète des hydrocarbures, contiennent une quantité importante d'hydrogène. Les neutrons sont particulièrement efficaces pour détecter et cartographier l’hydrogène et d’autres éléments légers.

"L'imagerie et la cartographie neutroniques après le test AGR ont fourni des détails sur la façon dont les gaz de combustion s'écoulaient à travers l'AGR, ce qui a révélé la forte accumulation de particules de suie au milieu du catalyseur", a déclaré Yuxuan Zhang de l'ORNL, scientifique en instruments neutroniques au HFIR.

La technologie AGR permettrait aux fabricants de fours d’utiliser des matériaux plus abordables que les aciers inoxydables utilisés dans la plupart des échangeurs de chaleur. Cette accessibilité accrue pourrait permettre aux fabricants de fournaises de vendre davantage de fournaises à haut rendement qui répondent aux nouvelles normes proposées par la Californie concernant les émissions des fournaises résidentielles et commerciales.

"Actuellement, les fours compatibles AGR nécessiteraient une régénération hors ligne de l'appareil environ une fois tous les trois ans dans des conditions normales d'utilisation", a déclaré Gao. « L'unité AGR pourrait être retirée par un propriétaire ou un technicien et transportée vers un lieu de régénération et de recyclage. Cela serait similaire à la façon dont les consommateurs apportent leurs réservoirs de gaz naturel vides pour leurs barbecues extérieurs à un revendeur pour les échanger contre des réservoirs pleins.