Чистое и устойчивое топливо может быть получено путем объединения аммиака с дополнительными добавками, модифицирующими горение.
Топливная смесь с низким содержанием углерода, полученная в основном из возобновляемого аммиака, может привести в действие двигатели внутреннего сгорания (ДВС) следующего поколения. Исследователи из KAUST показали, что смешивание аммиака с небольшим количеством диметилового эфира (ДМЭ) дает жидкое топливо со свойствами низкотемпературного сгорания, очень похожими на бензин. Разработка таких видов топлива может предоставить возможность — в дополнение к электромобилям — «чистой» энергии для транспортного сектора.
Работа над технологией чистого топлива, как правило, сосредоточена на зеленом водороде, но этот сверхлегкий газ создает серьезные проблемы с хранением и транспортировкой для его использования в качестве топлива для транспортных средств. Однако объединение водорода с азотом дает аммиак , который можно сжижать при давлении всего в восемь бар для получения энергоемкого безуглеродного топлива. «Аммиак как топливо обеспечивает многообещающую перспективу достижения нулевого уровня выбросов углерода», — говорит Бинод Радж Гири, старший научный сотрудник, который руководил исследованием, опубликованным в Renewable Energy . «Но его определенные характеристики препятствуют его прямому применению в устройствах сгорания», — добавляет он.
Чистый аммиак имеет высокую температуру самовоспламенения и узкие пределы воспламеняемости, но эти свойства горения можно изменить, смешав его со вторичным топливом. «Цель состоит в том, чтобы найти оптимальный промоутер, который обеспечивает наилучшие характеристики с точки зрения повышения эффективности и сокращения выбросов при добавлении в как можно меньшем количестве», — говорит Фарук.
Команда показала, что DME может быть одним из таких промоутеров. Гири добавляет, что он сгорает чисто, с гораздо более низкой температурой самовоспламенения, чем аммиак, и может производиться в устойчивом цикле с нулевым выбросом углерода.
«Мы показали, что ДМЭ может значительно улучшить характеристики горения аммиака и что правильная смесь может быть многообещающим топливом для достижения нулевого выброса углерода», — говорит Гири. 18-процентная молярная смесь ДМЭ в аммиаке имитировала низкотемпературное сгорание типичного бензинового топлива. «Эта конкретная смесь может быть очень подходящей для двигателей с искровым зажиганием, работающих на аммиаке», — говорит Гири. Смесь может быть пригодна для двигателей с воспламенением от сжатия, работающих на аммиаке, при более высоких концентрациях ДМЭ, хотя нестабильность пламени может быть проблемой при более высоком содержании ДМЭ при повышенных давлениях.
Исследователи также разработали химико-кинетическую модель сгорания топливной смеси аммиак-ДМЭ на основе своих экспериментальных данных. По словам Фарука, такие модели можно использовать для оптимизации взаимодействия топливного двигателя с целью разработки высокоэффективных двигателей внутреннего сгорания будущего и достижения нулевых выбросов CO2. Он добавляет, что команда также исследует смеси аммиака с другими добавками, такими как водород, метан, пропен, диметиловый эфир, диэтиловый эфир и диметоксиметан.
