Jedno z pierwszych zastosowań ciekłego NH3 jako paliwa autobusowego miało miejsce w Belgii w 1943 r. Emeric Kroch opracował te hybrydowe silniki gazowe na amoniak i węgiel, aby utrzymać działanie transportu publicznego pomimo skrajnych niedoborów oleju napędowego podczas II wojny światowej.

Samolot rakietowy X-15 pobił rekordy prędkości i wysokości w latach 60. XX wieku, napędzany silnikiem NH3.

Latem 2007 roku ten pojazd NH3 podróżował po Stanach Zjednoczonych, od Detroit po San Francisco, napędzany mieszanką amoniaku i benzyny.

Amoniak w temperaturze pokojowej jest bezbarwnym gazem o bardzo ostrym i mdlącym zapachu. Występuje naturalnie w wyniku rozkładu materii organicznej i jest również wytwarzany przemysłowo. Jest łatwo rozpuszczalny i szybko odparowuje. Amoniak składa się z azotu i wodoru o wzorze chemicznym NH3

W rzeczywistości amoniak jest toksyczny już w niskich stężeniach, podczas spalania wytwarza NOx (ale istnieje już technologia zmniejszająca te emisje) i potrzebuje „paliwa pilotażowego”, ponieważ nie jest łatwo zapalny.

Rocznie produkuje się ponad 180 milionów ton amoniaku. Od ponad 100 lat, od wprowadzenia procesu Habera-Boscha, amoniak jest stosowany jako nawóz w przemyśle spożywczym, jako surowiec i chłodziwo w różnych procesach przemysłowych, jako paliwo w sektorze lotniczym oraz jako środek redukujący w procesach produkcyjnych redukcja tlenków azotu. Oznacza to, że dostępna jest skonsolidowana infrastruktura do transportu i przechowywania tej substancji.

Amoniak jest gryzącym, bezbarwnym gazem. Można go łatwo upłynnić dzięki silnym wiązaniom wodorowym, a zatem łatwo transportować w izolowanych termicznie pojemnikach. Ponadto amoniak skrapla się przy bardzo niskich ciśnieniach (0,8 MPa), które są niższe niż ciśnienie wodoru (do 70 MPa). Można go również skroplić w temperaturze -33ºC.

Różne paliwa można mieszać z amoniakiem w cyklu Otto, benzyną i cyklem Carnota lub silnikami Diesla, aby ułatwić spalanie. Poniższy rysunek przedstawia kategorie możliwych mieszanek paliwowych do stosowania w różnych technologiach napędu, takich jak ogniwa paliwowe, silniki benzynowe („zapłon iskrowy”) i silniki Diesla („zapłon samoczynny”).

AMONIAK W SILNIKACH WYSOKOPRĘŻNYCH

JEDNOPALIWOWE

Wyłączne zastosowanie amoniaku jako paliwa w silniku spalinowym nie jest możliwe ze względu na wysokie stopnie sprężania niezbędne do zapłonu/spalania. Do stosowania amoniaku jako paliwa w silnikach spalinowych potrzebne są bardzo wysokie stopnie sprężania, dochodzące do 35:1. Ciekły amoniak stosowany w silnikach spalinowych nie pali się przy stopniu sprężania do 30:1. Standardowy silnik wysokoprężny pracuje ze stopniem sprężania od 15 do 17:1

PODWÓJNE PALIWO

Zawartość amoniaku do 95% była możliwa przy zaledwie 5% oleju napędowym z silnikiem John Deere. Ale optymalna mieszanka to 40% oleju napędowego - 60% amoniaku, ponieważ większa ilość oleju napędowego ograniczyłaby palność amoniaku.

Silnik testowany z biodieslem i amoniakiem jako paliwem zachowuje się tak samo jak silnik z olejem napędowym i amoniakiem o tych samych parametrach. Ale charakterystyka działania jest inna, gdy eter dimetylowy (DME) jest używany z amoniakiem jako paliwem, przy czym możliwa jest zawartość amoniaku do 80%.

AMONIAK W SILNIKACH BENZYNOWYCH

JEDNOPALIWOWE

Spalanie amoniaku w silniku z zapłonem iskrowym można ułatwić dzięki bardziej zwartej komorze spalania i dłuższym świecom zapłonowym, aby przezwyciężyć niechęć amoniaku do spalania.

PODWÓJNE PALIWO

Benzyna jako promotor spalania wymaga stopnia sprężania 10:1 dla optymalnej pracy przy 30% zawartości benzyny.

Ciekły amoniak obniżyłby temperaturę w cylindrze, a tym samym utrudniłby późniejszą turbulencję, która doprowadziłaby do pogorszenia spalania i wypadania zapłonów. Z tego powodu gazowy amoniak jest wtryskiwany bezpośrednio i byłby łatwiejszy w użyciu, podczas gdy wtrysk benzyny poprawia spalanie. Praca na biegu jałowym wymaga 100% benzyny, ale można ją zmniejszyć do 20% w warunkach jazdy.

OGNIWA PALIWOWE Z AMONIAKIEM

Teoretycznie ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem mogłyby być używane bezpośrednio z amoniakiem, oszczędzając wysokie ciśnienie niezbędne do tego samego zastosowania z wodorem, jednak ze względu na wysokie temperatury osiągane przez te ogniwa paliwowe, przekraczające 500ºC, jest to niewykonalne dla w transporcie drogowym, choć mógłby być stosowany w transporcie morskim.

Z drugiej strony różne firmy już badają możliwość wykorzystania amoniaku jako wektora do magazynowania wodoru. W tym celu amoniak jest rozdzielany na wodór i azot za pomocą krakera, a następnie H2 jest wykorzystywany w wodorowym ogniwie paliwowym do produkcji energii elektrycznej, która będzie wykorzystywana do poruszania się pojazdu.

Zasadniczo zalety stosowania amoniaku byłyby trzy:

• Przede wszystkim CO2 nie jest emitowany. Będąc pierwiastkiem bez węgla, reakcji prowadzącej do wytworzenia dwutlenku węgla nie można wytworzyć chemicznie.
• Po drugie, łatwość obsługi. Z jednej strony amoniak jest już najczęściej stosowaną substancją chemiczną na świecie, jest produkowany na dużą skalę i łatwo nim zarządzać w postaci płynnej przy niskim ciśnieniu.
• Po trzecie, cena może być konkurencyjna w stosunku do tradycyjnych paliw. Już dziś cena produkcji amoniaku wynosi około 250 dolarów za tonę. Oczekuje się, że produkcja amoniaku zielonego, którego produkcja wymaga dużych nakładów energii, mogłaby być konkurencyjna cenowo w stosunku do pozostałego paliwa.