一項新興技術可能為減少發電廠的空氣汙染提供更有效的方法。一家總部位於西雅圖的公司ClearSign Combustion已經展示瞭如何利用高壓電場來控制火焰，從而從源頭上防止汙染的形成。
當今化石燃料發電廠產生的大部分空氣汙染是不完全燃燒的結果。火焰中的熱點增加了燃料和空氣分子之間的反應，並導致常見空氣汙染物如氮氧化物（或NOx，霧霾的前體）、一氧化碳（CO）和顆粒物的形成。汙染物通常在燃燒後和廢氣排放到大氣之前進行洗滌。廢氣可以再迴圈回到燃燒室以燒掉任何剩餘的燃料，或者透過化學過程去除不需要的化合物（使用氨和催化劑）——在此過程中消耗大量能量。“我們需要能源。這是一項嚴肅的事業”，加州大學伯克利分校機械工程教授Michael Frenklach說。“從事燃燒研究的科學家基本上都在試圖回答這個問題：如何更有效地做到這一點？”
透過操縱火焰中帶電粒子（離子）以防止熱點的形成——從而防止汙染物的形成，可以改善燃燒。今年早些時候，ClearSign Combustion的工程師們展示了高壓電場如何控制火焰的形狀和強度，同時僅使用少量電力：不到爐膛總功率輸出的十分之一。
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早期的測試結果表明，與傳統方法相比，使用電場控制燃燒可以提高效率。更均勻的火焰形狀意味著減少燃料浪費和作為煙塵排放，同時更多的熱量被傳遞到周圍表面（例如原油處理過程的鍋爐或熱交換器）。然而，最大的節能可能來自於減少或消除對傳統燃燒後汙染系統（如氨基催化劑）的需求。該公司聲稱，其技術可以實現高達30%的系統效率提升，並具有相當的排放量減少。
測試使用了一個小型煉油廠典型的鍋爐（每小時一到兩百萬英國熱量單位，或MMBTU/h），並實現了NOx、CO和煙塵的同時減少——這通常是一項艱鉅的任務。“通常，減少一種排放物是以犧牲另一種為代價的，”Frenklach說。“如果你最大限度地減少煙塵，NOx就會上升。如果NOx下降，煙塵就會上升。我們總是要與這種二分法作鬥爭。”
在試驗中，NOx排放量減少到百萬分之二 (ppm)——超過了該國最嚴格的煙霧標準。在南加州南海岸空氣質量管理區，20至50 MMBTU/h的工業鍋爐必須在2014年7月之前將其形成煙霧的NOx排放量減少到低於9 ppm，並在2016年1月之前減少到低於5 ppm。行業團體預計，這些限制很快將在該國其他地區被要求實施，並隨後制定國家標準。
燃燒室中增加的空氣和燃料混合也減少了細顆粒物或煙塵，煙塵是不完全燃燒的產物；如果燃燒更多的燃料，形成的煙塵顆粒就會更少。使用該系統形成的煙塵顆粒通常足夠大，可以透過廉價的技術（如旋風分離器）收集和去除。然而，直徑小於10微米的顆粒物會危害健康，因為它們可以被吸入並積聚在呼吸系統中。小於2.5微米（約為人類頭髮寬度的七分之一）的細小空氣傳播顆粒物被認為是危險的，因為它足夠小，可以進入人類肺部的通道。
這項技術也很適合中國等城市空氣汙染頻繁達到危險水平的市場。本月早些時候，霧霾癱瘓了上海，那裡的汙染指數是“國際衛生官員建議水平的23倍和31倍”。但隨著ClearSign努力將當前技術擴充套件到更大的爐膛和鍋爐，同時保持有效的空氣-燃料混合和低功耗，挑戰依然存在。該公司計劃測試五到一千萬MMBTU/h範圍內的燃燒室，如小型發電廠使用的燃燒室。“我們從火焰開始，火焰並不比我的小手指大多少”，ClearSign的首席技術官Joe Colannino說。“如果我們能在每小時一百萬BTU的規模上獲得與我們在五百萬和一千萬BTU每小時的規模上看到的結果相同的效果，我們就成功了。”