Uno dei primi utilizzi di NH3 liquido come carburante per autobus fu in Belgio nel 1943. Emeric Kroch ha sviluppato questi motori ibridi ad ammoniaca e gas di carbone per mantenere in funzione i trasporti pubblici nonostante l'estrema carenza di diesel durante la seconda guerra mondiale.

L'aereo a razzo X-15 ha battuto i record di velocità e altitudine negli anni '60, alimentato da NH3.

Nell'estate del 2007, questo veicolo NH3 ha girato gli Stati Uniti, da Detroit a San Francisco, alimentato da una miscela di ammoniaca e benzina.

L'ammoniaca, a temperatura ambiente, è un gas incolore dall'odore molto pungente e nauseabondo. Si verifica naturalmente per decomposizione della materia organica ed è anche prodotto industrialmente. È facilmente solubile ed evapora rapidamente. L'ammoniaca è composta da azoto e idrogeno, con la formula chimica NH3

Infatti l'ammoniaca è già tossica a basse concentrazioni, bruciando produce NOx (ma la tecnologia esiste già per ridurre queste emissioni) e necessita di un "combustibile pilota" in quanto non è facilmente infiammabile.

Ogni anno vengono prodotte più di 180 milioni di tonnellate di ammoniaca. Da oltre 100 anni, dall'introduzione del processo Haber-Bosch, l'ammoniaca viene utilizzata come fertilizzante per l'industria alimentare, come materia prima e refrigerante per vari processi industriali, come combustibile nel settore aerospaziale e come agente riducente nei processi produttivi riduzione degli ossidi di azoto. Ciò significa che sono disponibili infrastrutture consolidate per il trasporto e lo stoccaggio di questa sostanza.

L'ammoniaca è un gas acre e incolore. Può essere facilmente liquefatto grazie ai forti legami idrogeno e quindi facilmente trasportato in contenitori termicamente isolati. Inoltre l'ammoniaca liquefa a pressioni molto basse (0,8 MPa) inferiori a quelle dell'idrogeno (fino a 70 MPa). Può anche essere liquefatto a -33ºC.

Diversi carburanti possono essere miscelati con ammoniaca per motori a ciclo Otto, o benzina, e carnot, o diesel, al fine di facilitare la combustione. La figura seguente mostra le categorie di possibili miscele di carburante da utilizzare in diverse tecnologie di propulsione, come celle a combustibile, motori a benzina ("Spark Ignition") e motori diesel ("Compression Ignition").

AMMONIACA NEI MOTORI DIESEL

MONOCARBURANTE

L'uso esclusivo di ammoniaca come combustibile in un motore a combustione interna non è possibile a causa degli elevati rapporti di compressione necessari per l'accensione/combustione. Rapporti di compressione molto elevati, fino a 35:1, sono necessari per utilizzare l'ammoniaca come carburante nei motori a combustione interna. L'ammoniaca liquida utilizzata nei motori a combustione interna non brucia con rapporti di compressione fino a 30:1. Un motore diesel standard funziona con un rapporto di compressione da 15 a 17:1

DOPPIA ALIMENTAZIONE

Un contenuto di ammoniaca fino al 95% era realizzabile con solo il 5% di diesel con un motore John Deere. Ma la miscela ottimale è 40% gasolio - 60% ammoniaca, poiché una quantità maggiore di gasolio limiterebbe l'infiammabilità dell'ammoniaca.

Un motore testato con biodiesel e ammoniaca come carburante si comporta allo stesso modo di uno con diesel e ammoniaca con le stesse caratteristiche prestazionali. Ma le caratteristiche prestazionali differiscono quando il dimetil etere (DME) viene utilizzato con l'ammoniaca come combustibile, con un contenuto di ammoniaca fino all'80% possibile.

AMMONIACA NEI MOTORI A BENZINA

MONOCARBURANTE

La combustione dell'ammoniaca in un motore ad accensione comandata può essere facilitata con una camera di combustione più compatta e candele più lunghe per superare la riluttanza dell'ammoniaca a bruciare.

DOPPIA ALIMENTAZIONE

La benzina come promotore della combustione richiede un rapporto di compressione di 10:1 per un funzionamento ottimale al 30% di contenuto di benzina.

L'ammoniaca liquida ridurrebbe la temperatura nel cilindro e quindi renderebbe più difficile la successiva turbolenza, che porterebbe a una combustione ridotta e a mancate accensioni. Per questo motivo l'ammoniaca gassosa viene iniettata direttamente e sarebbe più facilmente utilizzabile, mentre la benzina viene iniettata per migliorare la combustione. Il minimo richiede il 100% di benzina, ma può essere ridotto al 20% in condizioni di marcia.

CELLE A COMBUSTIBILE AMMONIACA

Teoricamente, le celle a combustibile ad ossido solido potrebbero essere utilizzate direttamente con l'ammoniaca, risparmiando le alte pressioni necessarie per lo stesso utilizzo con l'idrogeno, tuttavia, a causa delle alte temperature che queste celle a combustibile raggiungono, oltre i 500ºC, lo fanno in modo irrealizzabile per uso su strada, anche se potrebbe essere applicato nel trasporto marittimo.

D'altra parte, c'è la possibilità, già esplorata da varie aziende, di utilizzare l'ammoniaca come vettore per lo stoccaggio dell'idrogeno. Per fare ciò, l'ammoniaca viene separata in idrogeno e azoto mediante un cracker, quindi l'H2 viene utilizzato in una cella a combustibile a idrogeno per produrre elettricità che verrà utilizzata per muovere il veicolo.

In sostanza, i vantaggi dell'utilizzo dell'ammoniaca sarebbero tre:

• Prima di tutto, NON viene emessa CO2. Essendo un elemento senza carbonio, la reazione per produrre anidride carbonica non può essere prodotta chimicamente.
• Secondo, facilità d'uso. Da un lato l'ammoniaca è già la sostanza chimica più utilizzata sul pianeta, è prodotta su larga scala ed è facilmente gestibile in forma liquida a basse pressioni.
• In terzo luogo, il prezzo può essere competitivo rispetto ai carburanti tradizionali. Già oggi il prezzo alla produzione dell'ammoniaca è di circa 250 dollari a tonnellata. Si prevede che la produzione di ammoniaca verde, la produzione di ammoniaca che richiede elevate quantità di energia, possa essere competitiva nel prezzo con il resto del combustibile.