一项新兴技术可能为减少发电厂的空气污染提供更有效的方法。一家总部位于西雅图的公司ClearSign Combustion已经展示了如何利用高压电场来控制火焰，从而从源头上防止污染的形成。
当今化石燃料发电厂产生的大部分空气污染是不完全燃烧的结果。火焰中的热点增加了燃料和空气分子之间的反应，并导致常见空气污染物如氮氧化物（或NOx，雾霾的前体）、一氧化碳（CO）和颗粒物的形成。污染物通常在燃烧后和废气排放到大气之前进行洗涤。废气可以再循环回到燃烧室以烧掉任何剩余的燃料，或者通过化学过程去除不需要的化合物（使用氨和催化剂）——在此过程中消耗大量能量。“我们需要能源。这是一项严肃的事业”，加州大学伯克利分校机械工程教授Michael Frenklach说。“从事燃烧研究的科学家基本上都在试图回答这个问题：如何更有效地做到这一点？”
通过操纵火焰中带电粒子（离子）以防止热点的形成——从而防止污染物的形成，可以改善燃烧。今年早些时候，ClearSign Combustion的工程师们展示了高压电场如何控制火焰的形状和强度，同时仅使用少量电力：不到炉膛总功率输出的十分之一。
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早期的测试结果表明，与传统方法相比，使用电场控制燃烧可以提高效率。更均匀的火焰形状意味着减少燃料浪费和作为烟尘排放，同时更多的热量被传递到周围表面（例如原油处理过程的锅炉或热交换器）。然而，最大的节能可能来自于减少或消除对传统燃烧后污染系统（如氨基催化剂）的需求。该公司声称，其技术可以实现高达30%的系统效率提升，并具有相当的排放量减少。
测试使用了一个小型炼油厂典型的锅炉（每小时一到两百万英国热量单位，或MMBTU/h），并实现了NOx、CO和烟尘的同时减少——这通常是一项艰巨的任务。“通常，减少一种排放物是以牺牲另一种为代价的，”Frenklach说。“如果你最大限度地减少烟尘，NOx就会上升。如果NOx下降，烟尘就会上升。我们总是要与这种二分法作斗争。”
在试验中，NOx排放量减少到百万分之二 (ppm)——超过了该国最严格的烟雾标准。在南加州南海岸空气质量管理区，20至50 MMBTU/h的工业锅炉必须在2014年7月之前将其形成烟雾的NOx排放量减少到低于9 ppm，并在2016年1月之前减少到低于5 ppm。行业团体预计，这些限制很快将在该国其他地区被要求实施，并随后制定国家标准。
燃烧室中增加的空气和燃料混合也减少了细颗粒物或烟尘，烟尘是不完全燃烧的产物；如果燃烧更多的燃料，形成的烟尘颗粒就会更少。使用该系统形成的烟尘颗粒通常足够大，可以通过廉价的技术（如旋风分离器）收集和去除。然而，直径小于10微米的颗粒物会危害健康，因为它们可以被吸入并积聚在呼吸系统中。小于2.5微米（约为人类头发宽度的七分之一）的细小空气传播颗粒物被认为是危险的，因为它足够小，可以进入人类肺部的通道。
这项技术也很适合中国等城市空气污染频繁达到危险水平的市场。本月早些时候，雾霾瘫痪了上海，那里的污染指数是“国际卫生官员建议水平的23倍和31倍”。但随着ClearSign努力将当前技术扩展到更大的炉膛和锅炉，同时保持有效的空气-燃料混合和低功耗，挑战依然存在。该公司计划测试五到一千万MMBTU/h范围内的燃烧室，如小型发电厂使用的燃烧室。“我们从火焰开始，火焰并不比我的小手指大多少”，ClearSign的首席技术官Joe Colannino说。“如果我们能在每小时一百万BTU的规模上获得与我们在五百万和一千万BTU每小时的规模上看到的结果相同的效果，我们就成功了。”