Аммиак как экологичное топливо для двигателей внутреннего сгорания: современное состояние и перспективы развития

Аммиак (NH₃) относится к числу химических веществ, производимых и распределяемых в мире в наиболее крупных объемах, и главным образом известен как удобрение, используемое в сельском хозяйстве. В последние годы возрос интерес к его потенциалу в качестве высококачественного энергоносителя и безуглеродного топлива для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Цель настоящего обзора — представить обобщение исследований, посвященных использованию экологичного аммиака в качестве альтернативного топлива для ДВС, с учетом возможных будущих применений и практических решений связанных с этим проблем. Вначале рассматривается процесс производства аммиака. Современное производство аммиака не является «экологичным»: синтез начинается с газообразного водорода, который в настоящее время получают из углеводородов. Рассматриваются и обсуждаются несколько способов производства экологичного аммиака. Затем описываются и объясняются химические и физические свойства аммиака как топлива с целью выявления основных преимуществ и недостатков его использования в системах сгорания. Далее обсуждаются наиболее жизнеспособные решения для применения аммиака в двигателях внутреннего сгорания. При использовании чистого аммиака необходимы высокое давление наддува и высокая степень сжатия для компенсации его низкой скорости распространения пламени. В двигателях с искровым зажиганием добавление водорода к аммиаку способствует ускорению распространения фронта пламени и стабилизации горения. В двигателях с воспламенением от сжатия аммиак может успешно использоваться в двухтопливном режиме совместно с дизельным топливом. Однако повышенные выбросы NOₓ и наличие несгоревшего NH₃ в отработавших газах требуют установки соответствующих систем доочистки. Поэтому применение аммиака представляется более практичным для судовых или стационарных двигателей, где ограничения по доступному пространству не являются проблемой. В заключение в обзоре отмечается, что аммиак обладает значительным потенциалом для выполнения важной роли в качестве устойчивого топлива будущего как в модернизированных, так и в новых двигателях. Однако до его полноценного внедрения необходимы масштабные дальнейшие исследования и разработки.