Одно из первых применений жидкого NH3 в качестве топлива для автобусов было в Бельгии в 1943 году. Эмерик Крох разработал эти гибридные двигатели, работающие на аммиаке и угольном газе, чтобы поддерживать работу общественного транспорта, несмотря на острую нехватку дизельного топлива во время Второй мировой войны.

Ракетоплан X-15 побил рекорды скорости и высоты в 1960-х годах, работая на NH3.

Летом 2007 года этот автомобиль NH3 проехал по США от Детройта до Сан-Франциско, работая на смеси аммиака и бензина.

Аммиак при комнатной температуре представляет собой бесцветный газ с очень резким и тошнотворным запахом. Это происходит в природе путем разложения органических веществ, а также производится промышленным способом. Он легко растворяется и быстро испаряется. Аммиак состоит из азота и водорода и имеет химическую формулу NH3.

На самом деле аммиак уже токсичен при низких концентрациях, при сгорании он производит NOx (но уже существует технология для сокращения этих выбросов) и нуждается в «пилотном топливе», поскольку он не легко воспламеняется.

Ежегодно производится более 180 миллионов тонн аммиака. Уже более 100 лет, с момента внедрения процесса Габера-Боша, аммиак используется в качестве удобрения для пищевой промышленности, в качестве сырья и хладагента для различных промышленных процессов, в качестве топлива в аэрокосмической отрасли и в качестве восстановитель в производственных процессах восстановление оксидов азота. Это означает, что для транспортировки и хранения этого вещества доступны консолидированные инфраструктуры.

Аммиак — едкий бесцветный газ. Благодаря прочным водородным связям он легко сжижается и поэтому легко транспортируется в термоизолированных контейнерах. Кроме того, аммиак сжижается при очень низких давлениях (0,8 МПа), что ниже, чем у водорода (до 70 МПа). Его также можно сжижать при -33ºC.

Различные виды топлива можно смешивать с аммиаком для цикла Отто, бензина и цикла Карно или дизельных двигателей, чтобы облегчить сгорание. На следующем рисунке показаны категории возможных топливных смесей для использования в различных силовых установках, таких как топливные элементы, бензиновые двигатели («искровое зажигание») и дизельные двигатели («воспламенение от сжатия»).

АММИАК В ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

МОНОТОПЛИВО

Исключительное использование аммиака в качестве топлива в двигателе внутреннего сгорания невозможно из-за высокой степени сжатия, необходимой для воспламенения/сгорания. Для использования аммиака в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания необходимы очень высокие степени сжатия, до 35:1. Жидкий аммиак, используемый в двигателях внутреннего сгорания, не сгорает при степени сжатия до 30:1. Стандартный дизельный двигатель работает со степенью сжатия от 15 до 17:1.

ДВОЙНОЕ ТОПЛИВО

Содержание аммиака до 95 % было возможно только при 5 % дизельного топлива с двигателем John Deere. Но оптимальная смесь 40% дизеля - 60% аммиака, так как большее количество дизеля ограничивало бы воспламеняемость аммиака.

Двигатель, испытанный на биодизеле и аммиаке в качестве топлива, работает так же, как двигатель на дизельном топливе и аммиаке с теми же рабочими характеристиками. Но рабочие характеристики отличаются при использовании диметилового эфира (ДМЭ) с аммиаком в качестве топлива, при этом возможно содержание аммиака до 80%.

АММИАК В БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

МОНОТОПЛИВО

Сгорание аммиака в двигателе с искровым зажиганием можно облегчить с помощью более компактной камеры сгорания и более длинных свечей зажигания, чтобы преодолеть нежелание аммиака гореть.

ДВОЙНОЕ ТОПЛИВО

Бензин как стимулятор горения требует степени сжатия 10:1 для оптимальной работы при содержании бензина 30%.

Жидкий аммиак снизит температуру в цилиндре и, таким образом, затруднит последующую турбулентность, что приведет к ухудшению сгорания и пропускам зажигания. По этой причине газообразный аммиак впрыскивается напрямую и его легче использовать, в то время как бензин впрыскивается для улучшения сгорания. Холостой ход требует 100% бензина, но может быть уменьшен до 20% в рабочих условиях.

АММИАЧНЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Теоретически твердооксидные топливные элементы можно было бы использовать непосредственно с аммиаком, сохраняя высокое давление, необходимое для того же использования с водородом, однако из-за высоких температур, которых достигают эти топливные элементы, более 500ºC, это невозможно для использование на дороге, хотя может применяться и на морском транспорте.

С другой стороны, различные компании уже изучают возможность использования аммиака в качестве вектора для хранения водорода. Для этого аммиак разделяется на водород и азот с помощью крекинга, а затем H2 используется в водородном топливном элементе для производства электроэнергии, которая будет использоваться для движения автомобиля.

В принципе, у использования аммиака есть три преимущества:

<ул>

Во-первых, НЕ выделяется CO2. Поскольку элемент не содержит углерода, реакция с образованием углекислого газа не может быть произведена химическим путем.

Во-вторых, простота использования. С одной стороны, аммиак уже является наиболее широко используемым химическим веществом на планете, он производится в больших масштабах и легко обрабатывается в жидкой форме при низких давлениях.

В-третьих, цена может быть конкурентоспособной по сравнению с традиционными видами топлива. Уже сегодня себестоимость производства аммиака составляет около 250 долларов за тонну. Ожидается, что производство зеленого аммиака, производство аммиака требует больших затрат энергии, может быть конкурентоспособным по цене с остальным топливом.