氨作为压燃式发动机的燃料

柴油发动机，也被称为压缩点火(CI)发动机，一百多年来一直是现代能源经济的主力。它在即将到来的可持续能源经济中的作用将取决于它与气候友好型燃料共同进化的能力。日本国家先进工业科学技术研究所(National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology)的两名研究人员现在已经检查了氨和CI发动机之间的契合度。

帕夫洛斯·迪米特里欧(Pavlos Dimitriou)和拉哈特·贾瓦德(Rahat Javaid)在1月份发表在“国际氢能杂志”(International Journal Of H2 Energy)上的论文“氨作为压燃式发动机燃料的综述”中得出了两个部分的结论。第一部分是好消息：“氨作为压缩点火燃料目前可以被视为一种可行的解决方案。”第二部分是一剂合格的现实：为了管理N2O、NOx和未燃烧的NH3的排放，“后处理系统对于这项技术的采用是强制性的”，这意味着氨燃料的CI发动机很可能是可行的，“只适用于没有明显空间限制的船舶、发电和可能的重型应用”。

这篇论文详细而可读性地描述了过去80年来为开发一种可行的氨燃料内燃机所做的努力。作者表示，“据他们所知，这是第一次完全集中在利用氨进行压缩点火的审查方法。”开发工作面临的一个主要挑战来自于氨的“糟糕的燃烧特性…”。如自燃温度高、火焰速度低、可燃性极限窄、汽化热高等。“。他们继续说，“只有在压缩比从35：1到100：1极高的发动机设计中，才能观察到成功的氨气压缩点火操作。”

为了应对这一挑战，大多数研究人员求助于共燃的权宜之计。“在添加柴油、生物柴油和二甲醚等燃料的情况下，氨…的燃烧。是一个现实的概念，因为二次燃料，在自燃温度较低的情况下，可以用来触发混合物的燃烧。“不同的研究人员在各种条件下使用了各种燃料比例，氨比高达95%，但在文献中，40%到80%之间的数字较为普遍。氢已成功用作补充燃料，其中包括来自机载氨裂解的氢气，但一项研究的作者认定，“(从机外来源)引入纯氢似乎在减排和提高发动机性能方面是最有希望的.”

双燃料方法为氨的CI打开了大门，但另一个挑战很快就出现了：当氨作为CI燃料燃烧时，它往往会产生有问题的氮氧化物和未燃烧的氨。雪上加霜的是，NOx往往是高温燃烧和低温下未燃烧的氨气的产物--在这两种物质都不成问题的情况下，没有“甜蜜点”温度。

当代研究人员正在用两种方法来解决这个问题。第一种是采用先进的燃油喷射技术。通过在发动机压缩冲程期间的几个点喷射燃料，通过精细控制燃油增量，有可能实现“氨双燃料发动机中N2O和NH3排放的同时减少”。第二种方法是尾气后处理。人们已经发现选择性催化还原(SCR)技术可以将NOx和未燃烧的氨都降低到可以接受的水平，这一结果进一步得到了“氨在降低NOx中的效果”的观察。

作者的结论是，氨不太可能成为乘用车的主要燃料，这一结论不会让氨能源社区的大多数成员感到意外，当然，轮船则是另一回事。

发动机制造商MAN Energy Solutions预计将在2024年将其双燃料船用发动机推向市场。(氨能源对MAN氨发动机的更新出现在1月份。)如果在海事领域取得成功，肯定会鼓励为离网和后备发电而规模化的发动机的开发。至于其他交通应用，长期以来几乎是排他性的内燃省，CI可能会忙于通过电池和燃料电池来对抗电气化。