Mitigating CO2 emission from methane based thermal power with a self-decarbonizing combustor
Notice bibliographique
Résumé
Natural gas, mainly composed of methane, is ubiquitously burned for power generation, heating, manufacturing, transportation, and propulsion, thereby contributing to about 23.49% of the world’s primary energy consumption by source. This is achieved at the expense of generating climate-forcing CO 2 emissions. In this paper, we demonstrate partial decarbonization of methane-air combustion without involving any external energy input. This is accomplished by thermo-chemically coupling a partially premixed, swirl combustor with a thermo-catalytic pyrolysis reactor. The arrangement allows pre-combustion thermal decomposition of methane to generate hydrogen, alongside solid carbon that can be separated. The endothermic pyrolysis process continuously harnesses a fraction of the thermal energy generated from the combustion of the thermo-chemically processed fuel with significant hydrogen content, while the larger fraction of the generated thermal energy could be used to produce useful work. In particular, we report up to 41.11% molecular hydrogen concentration, by volume, in the processed fuel, while reducing about 24.23% of the CO 2 emissions in its combustion products compared to stoichiometric methane-air combustion. Additionally, the fuel composition analyses substantiate the chemical pathway of pre-combustion pyrolysis. The structure and morphology study of the separated carbon indicates the underlying mechanism and the type of carbon black produced. Incorporating a conservatively estimated price of the captured carbon black into an energy-cost assessment model shows that the levelized cost of decarbonized heat generated by the proposed system is similar to that of existing natural gas-powered devices operating without carbon capture. This highlights the possible economic advantage of the self-decarbonizing combustor over other energy-equivalent decarbonized thermal power generators. Such an integrated method of decarbonized thermal power generation from combustion of in-situ produced hydrogen could also circumvent challenges of hydrogen storage and transportation, thereby offering possible scalability and realizability towards low-cost decarbonization of natural gas-based applications.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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