Combustíveis alternativos no mundo
Um pouco da história dos veículos de amônia
Um dos primeiros usos de NH3 líquido como combustível para ônibus foi na Bélgica em 1943. Emeric Kroch desenvolveu esses motores híbridos de amônia e gás de carvão para manter o transporte público funcionando, apesar da extrema escassez de diesel durante a Segunda Guerra Mundial.
O avião-foguete X-15 quebrou recordes de velocidade e altitude na década de 1960, movido a NH3.
No verão de 2007, este veículo NH3 percorreu os Estados Unidos, de Detroit a São Francisco, movido a uma mistura de amônia e gasolina.
O que é amônia?
A amônia, à temperatura ambiente, é um gás incolor com odor muito pungente e nauseabundo. Ocorre naturalmente pela decomposição da matéria orgânica e também é fabricado industrialmente. É facilmente solúvel e evapora rapidamente. A amônia é composta de nitrogênio e hidrogênio, com a fórmula química NH3
De fato, a amônia já é tóxica em baixas concentrações, quando queimada produz NOx (mas já existe tecnologia para reduzir essas emissões) e precisa de um “combustível piloto” pois não é facilmente inflamável.
Mais de 180 milhões de toneladas de amônia são produzidas a cada ano. Por mais de 100 anos, desde a introdução do processo Haber-Bosch, a amônia tem sido utilizada como fertilizante para a indústria alimentícia, como matéria-prima e refrigerante para vários processos industriais, como combustível no setor aeroespacial e como agente redutor em processos de fabricação redução de óxidos de nitrogênio. Isto significa que estão disponíveis infraestruturas consolidadas para o transporte e armazenamento desta substância.
A amônia é um gás acre e incolor. Ele pode ser facilmente liquefeito devido a fortes ligações de hidrogênio e, portanto, facilmente transportado em recipientes isolados termicamente. Além disso, a amônia se liquefaz a pressões muito baixas (0,8 MPa), que são inferiores às do hidrogênio (até 70 MPa). Também pode ser liquefeito a -33ºC.
Como funciona um motor com amônia?
Diferentes combustíveis podem ser misturados com amônia para ciclo Otto, ou gasolina, e ciclo Carnot, ou motores a diesel, para facilitar a combustão. A figura a seguir mostra as categorias de misturas de combustível possíveis para uso em diferentes tecnologias de propulsão, como células de combustível, motores a gasolina ("Spark Ignition") e motores a diesel ("Compression Ignition").
AMÔNIA EM MOTORES DIESEL
MONOCOMBUSTÍVEL
O uso exclusivo de amônia como combustível em um motor de combustão interna não é possível devido às altas taxas de compressão necessárias para ignição/combustão. Taxas de compressão muito altas, de até 35:1, são necessárias para usar amônia como combustível em motores de combustão interna. A amônia líquida usada em motores de combustão interna não entra em combustão com taxas de compressão de até 30:1. Um motor diesel padrão funciona com uma taxa de compressão de 15 a 17:1
BICOMBUSTÍVEL
O teor de amônia de até 95% era viável com apenas 5% de diesel com um motor John Deere. Mas a mistura ideal é 40% de diesel - 60% de amônia, pois uma quantidade maior de diesel limitaria a inflamabilidade da amônia.
Um motor testado com biodiesel e amônia como combustível funciona da mesma forma que um com diesel e amônia com as mesmas características de desempenho. Mas as características de desempenho diferem quando o éter dimetílico (DME) é usado com amônia como combustível, sendo viável um teor de amônia de até 80%.
AMÔNIA EM MOTORES A GASOLINA
MONOCOMBUSTÍVEL
A combustão de amônia em um motor de ignição por centelha pode ser facilitada com uma câmara de combustão mais compacta e velas de ignição mais longas para superar a relutância da amônia em queimar.
BICOMBUSTÍVEL
A gasolina como promotor de combustão requer uma taxa de compressão de 10:1 para operação ideal com 30% de gasolina.
A amônia líquida reduziria a temperatura no cilindro e, assim, dificultaria a turbulência subsequente, o que levaria a uma combustão prejudicada e falhas de ignição. Por esta razão, a amônia gasosa é injetada diretamente e seria mais facilmente utilizável, enquanto a gasolina é injetada para melhorar a combustão. A marcha lenta requer 100% de gasolina, mas pode ser reduzida para 20% em condições de funcionamento.
CÉLULAS DE COMBUSTÍVEL DE AMÔNIA
Teoricamente, as células a combustível de óxido sólido poderiam ser usadas diretamente com amônia, economizando as altas pressões necessárias para o mesmo uso com hidrogênio, porém, devido às altas temperaturas que essas células a combustível atingem, acima de 500ºC, elas o tornam inviável para uso rodoviário, embora possa ser aplicado no transporte marítimo.
Por outro lado, existe a possibilidade que já está sendo explorada por várias empresas de usar amônia como vetor para armazenamento de hidrogênio. Para isso, a amônia é separada em hidrogênio e nitrogênio por meio de um cracker e, em seguida, o H2 é utilizado em uma célula a combustível de hidrogênio para produzir eletricidade que será utilizada para movimentar o veículo.
Vantagens do uso de amônia em veículos
Basicamente, as vantagens de usar amônia seriam três:
- Em primeiro lugar, NÃO é emitido CO2. Sendo um elemento sem carbono, a reação para produzir dióxido de carbono não pode ser produzida quimicamente.
- Segundo, facilidade de uso. Por um lado, a amônia já é o produto químico mais utilizado no planeta, é produzida em larga escala e facilmente administrável na forma líquida a baixas pressões.
- Em terceiro lugar, o preço pode ser competitivo com os combustíveis tradicionais. Já hoje o preço de produção da amônia gira em torno de 250 dólares a tonelada. Espera-se que a produção de amônia verde, a produção de amônia requer grandes quantidades de energia, possa ser competitiva em preço com o restante do combustível.