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Greenhouse Gas and Pollutant Emission Reductions using Plasma-Assisted Combustion for a Blue Planet

Description du projet

Combustion assistée par plasma pour réduire les émissions de CO2

Les émissions de CO2 générées par la combustion de combustibles représentent la majorité des émissions anthropiques de gaz à effet de serre. Bien que les solutions électrifiées propres n’atteindront pas leur développement commercial avant l’horizon 2040, les technologies de combustion neutres en CO2 (biocarburants) ou exemptes de CO2 (hydrogène) offrent des solutions de substitution prometteuses. Cela dit, elles ne permettent pas, jusqu’ici, de se conformer aux réglementations de plus en plus strictes en matière d’émissions de polluants, en particulier d’oxydes nitriques et de monoxyde de carbone. La combustion assistée par plasma (CAP) permettrait de pallier cette difficulté, mais l’effet de cette méthode sur les polluants n’est pas pleinement compris. Le projet GREENBLUE, financé par l’UE, mènera des recherches afin d’élaborer un modèle solide et adaptable pour prédire les effets de la CAP dans les chambres de combustion à grande échelle et de faire la démonstration d’une flamme combustible/air ou hydrogène/air durable, stable et à faible émission d’oxyde nitrique dans une chambre de combustion représentative des moteurs d’aéronef.

Objectif

To fight climate change, we must urgently reduce the CO2 emissions caused by fossil-fuel combustion, which represents today over 80% of the primary energy production. Clean electrified solutions are on the horizon but are unlikely to reach commercial development before 2040. Novel CO2-neutral (biofuels) or CO2-free (H2) combustion technologies are widely considered, but these technologies face increasingly stringent regulations on pollutant emissions, in particular nitric oxides and carbon monoxide. To reduce pollutants, the strategy is to use low-temperature flames. However, these flames are prone to instabilities and extinction, thus causing safety issues. Plasma-assisted combustion (PAC) is a highly promising method to stabilize low-temperature flames thanks to the extraordinary ability of plasma discharges to efficiently produce combustion-enhancing radicals. Today, however, their effects on pollutants are poorly understood and their scalability to industrial combustors remains to be proven.

Our goal is to bring PAC to the level of maturity needed to make it practical on real combustion devices. For this, we will first elucidate the thermochemical mechanisms of plasma stabilization in CH4- and H2-air flames and their impact on pollutant emissions. This will require measuring the rates of poorly known reactions involving excited electronic states of molecules with advanced femtosecond optical diagnostics. With this knowledge, we will explore two novel strategies to minimize pollutants. We will then develop a robust and versatile multi-physics model to predict PAC effects in large-scale combustors. The final challenge will be to demonstrate for the first time a stable, low NOx, hydrogen/air flame in a combustor representative of aircraft engines. Beyond combustion, this project will open novel ways to better predict, control, and enhance chemical processes in applications such as hydrogen production, CO2 conversion, bio-decontamination, or materials synthesis.

Régime de financement

ERC-ADG - Advanced Grant

Institution d’accueil

CENTRALESUPELEC
Contribution nette de l'UE
€ 2 352 859,00
Adresse
PLATEAU DE MOULON 3 RUE JOLIOT CURIE
91192 Gif Sur Yvette
France

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Région
Ile-de-France Ile-de-France Essonne
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 2 497 336,00

Bénéficiaires (2)