Így is lehet csökkenteni a repülőgépek gázturbináinak levegőszennyezését!
A tíz főnél nagyobb befogadóképességű utasszállító repülőgépek, valamint majdnem az összes teherszállító repülőgép gázturbinás hajtóművel repül. Ugyanígy gázturbina hajtja a légcsavaros gépeket és a helikoptereket, és gyakran a nagyobb hajókat is. Az áramtermelés jelentős része is gázturbinákból származik. A leggyorsabban növekvő terület a repülés: a nemzetközi légiforgalom 1990 és 2019 között megduplázódott. A COVID mindössze két évre fogta vissza a növekedést, a járvány elmúltával a légiforgalom bővülése évi 3,7% (Transp. Res. D: Transp. Environ. 127 (2024) 104055). Jelenleg a nemzetközi légiforgalom évente mintegy 300 millió tonna kerozint használ fel, és a repülőgépek 600 ezer tonna CO-t és 3,6 millió tonna NO-t bocsátanak a levegőbe (Environ. Res. Lett. 19 (2024) 054019). A kibocsátott nitrogén-oxidok fotokémiai szmogot és savas esőt okoznak, valamint hozzájárulnak az ózonréteg vékonyításához. A mai gázturbinák belsejében a nitrogén-oxidok legnagyobb része az égőtér magas hőmérsékletű régióiban (ún. „forró helyek”) keletkezik, a levegő nitrogén molekuláiból. A gázturbinák működésének módosításával azonban elérhető azok nitrogén-oxid (NOx) kibocsátásának jelentős csökkentése.
A BME Gépészmérnöki Karának Égéskutató Csoportja Józsa Viktor docens vezetésével kifejlesztett egy módszert arra, hogy az égések során ne keletkezzenek ilyen forró helyek és az égés egyenletes legyen az egész tűztérben. Elképzelésüket olyan légköri nyomású laboratóriumi kísérletekkel igazolták, amelyekben repülőgép-kerozint tüzeltek és mérték a füstgáz NO, CO és CO2 koncentrációját.
1. ábra: Láng a BME kísérleti tüzelőberendezésében. A lángfront magas hőmérsékletét a koncentrált hőfelszabadulás adja.
2. ábra: Egész tűzteret kitöltő égés a BME kísérleti tüzelőberendezésében. Ugyanakkora a tüzelőanyaggal bevitt teljesítmény, de egyik ponton sem nagyon magas a hőmérséklet. A hő az egész térfogatban közel egyenletesen szabadul fel.
Az ELTE TTK Kémiai Intézet Reakciókinetikai Laboratóriuma, Turányi Tamás egyetemi tanár vezetésével évek óta foglalkozik olyan számítógépi modellek kifejlesztésével, amelyekkel a korábbinál pontosabban lehet számítani az égések során keletkező nitrogénoxidok mennyiségét. Az ELTE kutatói számítógépes szimulációkkal sikeresen reprodukálták a BME laboratóriumi kísérleti eredményeket, majd ugyanezzel a modellel kiszámították a keletkező NO, N2O és CO koncentrációját a füstgázban a tartózkodási idő és a nyomás függvényében. Az üzemi nyomást 3 és 60 bar között változtatták, ami lefedi a mikro-gázturbinák tűzterétől a legfejlettebb sugárhajtóművekig a teljes jellemző nyomástartományt. A számítások megmutatták, hogy lehetséges repülőgép-gázturbinákban olyan körülményeket elérni, amelyeknél mindhárom szennyezőanyag koncentrációja a füstgázban sokkal kisebb, mint a jelenleg használt gázturbinákban. Ez az új módszer a „forró helyek” elkerülésére tehát a repülőgépi gázturbinákban is sikeresen alkalmazható lesz a környezeti terhelés csökkentésére.
További információk:
ELTE TTK Kémiai Intézet Reakciókinetikai Laboratórium honlapja
BME Gépészmérnöki Kar Égéskutató Csoport honlapja
Az eredeti cikk itt olvasható:
Janka Borsó, Máté Papp, Viktor Józsa, Tamás Turányi: Modelling of JP-8 distributed combustion using a HyChem mechanism under gas turbine conditions, Results in Engineering, 23, 2024, 102596 https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.102596