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Titolo: Turbogas ad ammoniaca

 
Visto che si era parlato più volte dell'uso dell'ammoniaca come vettore
energetico, ecco una notizia interessante:
 
https://www.powermag.com/mitsubishi-power-developing-100-ammonia-capable-gas-turbine/
 
<">
Mitsubishi Power is developing a 40-MW class gas turbine that can directly
combust 100% ammonia under an initiative that responds to heightened global
decarbonization ambitions, as well as Japan’s recent roadmap for ammonia
fuel. 
 
The Yokohama-headquartered power equipment firm, a subsidiary of Mitsubishi
Heavy Industries (MHI), on March 1 said it is targeting commercialization
of the novel ammonia-capable gas turbine, which will be derived from its
H-25 series, "in or around" 2025.
</">
 
Pare che nella strategia energetica del Giappone si punti molto
sull'ammoniaca.


a metà però leggo anche :
 
However, in tandem, Mitsubishi Power (and MHI) have also been studying 
gas turbine systems using ammonia as an energy carrier. Since 2017, as 
part of the Japanese Cabinet’s Strategic Innovative Promotion Program, 
and Japan’s New Energy and Industrial Technology Development Organization 
(NEDO), the company has focused efforts on developing a system that 
thermally cracks—using waste heat—ammonia (NH3) into hydrogen and 
nitrogen, and then combusts that hydrogen in a gas turbine. 
 
Company documents suggest the approach may be better suited for smaller 
gas turbines, owing to specific characteristics associated with ammonia 
combustion. For example, because ammonia has a low combustion speed, it 
requires a much larger combustor. And because ammonia contains nitrogen, 
any system using it as a fuel will need to tackle the “fuel NOx” it 
generates, it said. Mitsubishi Power has explored lowering the NOx via 
two-stage combustion, but it said larger gas turbines posed “many 
technical problems, such as upsizing and complication of the combustor.” 
 
Development of the 40-MW ammonia-capable gas turbine announced this week, 
however, suggests Mitsubishi Power is rethinking the multistage ammonia-
cracking approach to explore “a method for directly combusting ammonia.” 
 
To address NOx production, which is prompted by oxidation of ammonia’s 
nitrogen component through its combustion, the company’s commercialized 
gas turbine system will combine selective catalytic reduction (SCR) with 
“a newly developed combustor that reduces NOx emissions,” it said. That 
system will then be installed in the company’s H-25 series gas turbines 
(Figure 1), a model which Mitsubishi Power has commercially sold to 
utilities and industrial users since 1988.
 
 
In sostanza la turbina non brucia NH3 (se n'era già parlato, e dopo 
alcune ricerche erano emerse le sue pessime caratteristiche di 
combustibilità con normale aria comburente), ma è un processo a due 
stadi : un primo pirolizzatore che usa calore di scarto e produce 
IDROGENO, un secondo stadio in cui viene bruciato l'idrogeno.
 
Non capisco invece molto bene il problema a cui accenna dopo della 
formazione degli NOx, come se bruciassero in effetti direttamente NH3.
 
ridicolo l'aggettivo DIRECT combusting quando nella stessa frase parla di 
multistage cracking. Che geni !
 
gli NOx possono in effetti marginalmente derivare anche dalla semplice 
aria, specie se superstechiometrica, se la temperatura e pressione di 
fiamma (anche dal pulitissimo idrogeno pirolitico) salgono sopra soglie 
critiche (es. 2000-2500°, e alcune atm di P).
 
Ad ogni modo gli NOx possono essere abbattuti con ammoniaca dosata, in un 
reattore catalitico
 
8 NH3 +  6 NO2  =>  7 N2 + 12 H20
 
quindi non mi sembra un problema, disponendo di NH3
 
 
 
 
 
 
 
-- 
la firma la setto dopo

 formazione degli NOx, come se bruciassero in effetti direttamente NH3.
 
L'azoto è nell'aria, quindi anche bruciando solo idrogeno si formano i
relativi ossidi. Immagino però che bruciando direttamente ammoniaca la
situazione peggiori molto.

 multistage cracking. Che geni !
 
In effetti, hanno gettato la spugna sulla soluzione bi-stadio.


 situazione peggiori molto.
 
assolutamente sì, salvo che non venga effettuata una combustione 
catalitica a T moderata (tipo boh, un max di 1000-1200° ?) su qualche 
materiale adatto.
 
terremo d'occhio il progetto, se si riuscisse davvero a bruciare bene 
l'ammoniaca, sarebbe un risultato innovativo.
 
 
Rispetto all'idrogeno (che ha il tallone d'achille nella non 
liquefacibilità e densità volumica esilarante), però NH3 qualche 
criticità la ha.
Alcune le abbiamo già menzionate.
E in più c'è che, a differenza dell'idrogeno elettrolitico, banale, la 
sua sintesi richiede cmq reattore a varie centinaia di atm di P e pure T 
di 250-350° C (la sintesi è efficiente cmq).
 
Insomma impiantisticame richiede varie complicazioni.
 
P.S. come densità energetica, penso sia ancora inferiore agli alcooli 
leggeri, che si autocandidano a un confronto.
 
 
P.P.S.
 
considerazione mia forse un po' pignola.
 
L'idrogeno RINNOVABILE, elettrolitico, NASCE accompagnato dalla quantità 
stechiometrica di OSSIGENO. PURO, intendo, non aria.
 
Ora l'ossigeno compresso (anche non liquefatto), non è poi così scarso 
come densità volumica.
 
Quando l'idrogeno viene trasferito a un vettore temporaneo come l'azoto, 
non si creano né consumano equivalenti riducenti, e il vettore secondario 
risulta quindi ancora stechiometrico con l'OSSIGENO co-prodotto.
Stessa cosa se si sceglie come carrier temporaneo la CO2 e la si porta a 
CH3OH oppure a METANO.
 
 
Ora l'ammoniaca presenta il difetto della formazione degli NOx 
intrinseca. Ma gli altri vettori secondari (metano o metanolo) ? NO !
 
Se venissero bruciati, in reattori un po' speciali molto refrattari, come 
quelli da missilistica, i vettori con l'ossigeno PURO stoccato prima, 
chiaramente svanirebbe il problema degli NOx. Perché non c'è azoto.
 
Certo, la T di fiamma a pari condizioni sarebbe di almeno un migliaio di 
gradi superiore, forse anche 1500.
 
Ma è anche vero che certamente i limiti di infiammabilità che sono 
normalmente tabulati, riferiti ad aria standard, sarebbero tutti da 
rivedere.
 
 
Immagino (non sono sicuro, ma lo sospetto) che l'uso di O2 puro potrebbe 
consentire l'autosostentamento di fiamme più rarefatte che l'uso del 
comburente aria, e chiaramente un plasma a pressione ridotta, 
probabilmente potrebbe riportare la T a valori più umani della miscela 
tonante pura (solo 2 H2 + O2 senza gas inerti diluenti).
 
 
Qualcuno ne sa qualcosa ? Il processo è perfezionatissimo negli 
endoreattori, ma chiaramente non ci sono motori "air-breathing" 
dimensionati per una miscela simile (né ramjet né scramjet né altri 
turboreattori compressi .... o è stato fatto qualcosa ?)
 
Se proprio non fosse possibile fare diversamente, anche la nebulizzazione 
di acqua (non vapore, parlo proprio di acqua liquida micronizzata in 
aerosol) magari potrebbe calmierare la T troppo alta, grazie al calore 
latente di vaporizzazione : questo vapore contribuirebbe alla spinta al 
pari di quello prodotto dala combustione vera e propria.
 
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Lo stoccaggio temporaneo di O2 puro, consentirebbe anche un 
dimensionamento più compatto di un combustore a pari potenza, vista la 
straordinaria densità energetica del comburente.
 
 
P.P.S.
La disponibilità di O2 puro rinnovabile, come coprodotto ineliminabile 
dell'elettrolisi, consentirebbe una TERMOVALORIZZAZIONE assolutamente 
spinta e distruttiva anche di rifiuti di qualsiasi natura (ossia poco o 
punto differenziati e persino umidi) e senza l'aggiunta di alcun 
combustibile pregiato per tirare su la T. Anzi, il difficile sarebbe 
tenere T sotto controllo, al punto che potrebbe convenire spruzzare acqua 
come sopra.
Anche i fumi, usando O2 puro come comburente, sarebbero 
straordinariamente più puliti, con zero fuliggine e carbone, basta usare 
O2 leggermente sovrastechiometrico e si consuma tutto in un inferno 
ossidante. Le ceneri inorganiche probabilmente verrebbero fuse e 
vetrificate.
 
Sarebbe figo integrare la filiera dell'elettrolisi non solo alla sintesi 
di carburanti liquidi (lato "RIDUCENTE") ma raccordarla anche alla 
generazione e usi "in situ" di un super comburente come l'ossigeno puro.
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 generazione e usi "in situ" di un super comburente come l'ossigeno puro.
 
Se l'ossigeno si puo' usare subito, bene, ma se occorre condensarlo,
ci sono dei costi energetici.