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Hydrogen-Based Intrinsic-Flame-Instability-Controlled Clean and Efficient Combustion

Description du projet

Exploiter les vecteurs d’ammoniac et d’hydrogène

L’hydrogène et l’ammoniac sont essentiels pour le stockage des énergies renouvelables, mais leur combustion est compliquée par des instabilités thermo-diffusives intrinsèques (IFI). Ces instabilités peuvent multiplier par cinq les taux de combustion. Cependant, nous ne savons que peu de choses sur les interactions entre l’IFI et la turbulence. Le projet HYDROGENATE, financé par le CER, vise à développer une compréhension quantitative de l’IFI grâce à une analyse rigoureuse des nouvelles données pour le H2 pur et les mélanges NH3/H2 à l’aide de simulations et d’expériences, permettant ainsi le développement d’un nouveau cadre de modélisation. En fin de compte, en mettant en œuvre une combustion contrôlée par l’instabilité, il améliorera l’efficacité, réduira les émissions et améliorera la flexibilité des carburants dans des applications telles que les moteurs à allumage par étincelle, les turbines à gaz et les brûleurs industriels.

Objectif

Chemical energy carriers will play an essential role for future energy systems, where harvesting and utilization of renewable energy occur not necessarily at the same time or place, hence long-time storage and long-range transport of energy are needed. For this, hydrogen-based energy carriers, such as hydrogen and ammonia, hold great promise. Their utilization by combustion-based energy conversion has many advantages, e.g. versatile use for heat and power, robust and flexible technologies, and its suitability for a continuous energy transition. However, combustion of both hydrogen and ammonia is very challenging. For technically relevant conditions, both form intrinsic, so-called thermo-diffusive instabilities (very different from the often-discussed thermo-acoustic instabilities), which can increase burn rates by a stunning factor of three to five! Without considering this, computational design is impossible. Yet, while linear theories exist, little is understood for the more relevant non-linear regime, and beyond some data and observations, virtually nothing is known about the interactions of intrinsic flame instabilities (IFI) with turbulence. Here, rigorous analysis of new data for neat H2 and NH3/H2-blends from simulations and experiments will lead to a quantitative understanding of the relevant aspects. From this, a novel modeling framework with uncertainty estimates will be developed. The key hypothesis then is that combustion processes of hydrogen-based fuels can be improved by targeted weakening or promotion of IFI, and that this kind of instability-controlled combustion can jointly improve efficiency, emissions, stability, and fuel flexibility in different combustion devices, such as spark-ignition engines, gas turbines, and industrial burners. Guided by the developed knowledge and tools, this intrinsic-flame-instability-controlled combustion concept will be demonstrated computationally and experimentally for two sample applications.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2021-ADG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

RHEINISCH-WESTFAELISCHE TECHNISCHE HOCHSCHULE AACHEN
Contribution nette de l'UE
€ 2 498 727,50
Adresse
TEMPLERGRABEN 55
52062 Aachen
Allemagne
Région
Nordrhein-Westfalen Köln Städteregion Aachen
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 2 498 727,50

Bénéficiaires (1)