Rejish Lal Johnson Samee Lal z Uniwersytetu Gandawskiego wraz z zespołem zaprojektował kilka wariantów reaktora i jego kluczowe elementy. W doktoracie połączył symulacje komputerowe, druk 3D i doświadczenia w tunelu aerodynamicznym.
Turboreaktor ogrzewający gaz może być bardziej przyjazny dla klimatu
Badania objęły kontrolę geometrii i powierzchni wydrukowanego wirnika oraz przepływu wokół łopatek dyfuzora. Nie przedstawiono natomiast testu kompletnego, obracającego się urządzenia prowadzącego proces chemiczny w wysokiej temperaturze. Osiągi i bezpieczeństwo oceniano za pomocą symulacji.
Turboreaktor ma służyć m.in. do krakingu parowego, podczas którego węglowodory ogrzewa się do około 850°C, aby otrzymać etylen i propylen – podstawowe surowce przemysłu chemicznego. Obecnie ciepło zapewniają głównie piece opalane paliwami kopalnymi.
W projektowanym urządzeniu silnik elektryczny ma napędzać wirnik rozpędzający gaz do prędkości okołodźwiękowej lub naddźwiękowej. Następnie przepływ zostaje gwałtownie wyhamowany, a energia kinetyczna zamienia się w ciepło. Fale uderzeniowe nie są więc źródłem energii, lecz mechanizmem jej konwersji.
Autorzy przywołują wcześniejsze szacunki, według których ponad 90 proc. energii elektrycznej może zostać zamienione w ciepło procesowe. Nie jest to wynik pomiaru demonstratora. Nowoczesne piece do krakingu, wraz z odzyskiem ciepła, także przekraczają 90 proc. sprawności cieplnej. Celem technologii nie musi być zatem mniejsze zużycie energii, lecz zastąpienie spalania elektrycznością.
Bilans zależy od sposobu produkcji prądu. Analiza cyklu życia pokrewnego, choć nieidentycznego, reaktora rotodynamicznego RDR wykazała, że przy energii o dużym udziale paliw kopalnych jego wpływ na klimat był o 41 proc. większy niż instalacji konwencjonalnej. Przy belgijskim miksie był większy o 1,5 proc., a przy energii w pełni odnawialnej – mniejszy o 27 proc. Wariant belgijski oparto na danych z 2016 r.
Analiza miała charakter modelowy i nie uwzględniała budowy urządzeń. Brakuje też danych z długotrwałej pracy turboreaktora w skali przemysłowej. Technologia może więc przynieść korzyść klimatyczną przede wszystkim przy zasilaniu niskoemisyjnym prądem.