Improvement of combustion characteristics for premixed ammonia-air gas using microwave plasma

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04521
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24020:Marine engineering-related
• Research Institution: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• Principal Investigator: Sekiguchi Hidenori 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 上席研究員 (80415843)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: プラズマ / マイクロ波 / アンモニア / 燃焼 / 改質

Outline of Final Research Achievements

Plasma-assisted ignition and combustion using a developed microwave plasma source was demonstrated for the premixed NH3 (ammonia) and Air (air) gas with an equivalent ratio of 1.0 or less. In the experiments, the unburned NH3 and N2O concentrations in the combustion gas achieved 25 ppm and 4 ppm, respectively, at an equivalent ratio of 1.0, a flow velocity of 0.167m/s, and an average microwave transmission power of 84 W. In addition, NH3 reforming to H2 using a developed microwave plasma source was demonstrated for pure NH3. In the experiments, the highest NH3 decomposition rate achieved 84% at a pure NH3 flow rate of 0.2 L/min and an average microwave transmission power of 112 W.

Free Research Field

EMC

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年の気候変動の主要因とされる温室効果ガス（GHG: greenhouse gas）内の二酸化炭素（CO2）濃度を低減するため、燃焼時にCO2を排出しないアンモニア（NH3）を燃料として利用する技術が求められています。そこで、NH3・空気（Air）予混合ガスに対するマイクロ波プラズマ源を用いた支援着火・燃焼技術、およびマイクロ波プラズマ源を用いた純NH3改質H2生成技術の開発を実施しました。これらの研究成果により、開発した技術が、燃焼時にCO2を排出しないNH3を燃料として利用する技術として有用であることが実証されました。