Perspectivas para aplicações de energia de amônia
A indústria automobilística é a segunda maior indústria do mundo, depois da indústria petroquímica. Os veículos movidos a combustível tradicionais não apenas consomem uma grande quantidade de recursos petrolíferos não{1}renováveis, mas também causam grave poluição ambiental e efeito estufa. Face aos problemas globais do esgotamento dos combustíveis fósseis e do aumento dos preços do petróleo, bem como dos danos ao ambiente ecológico humano causados pelos gases de escape dos automóveis, o desenvolvimento de energia limpa renovável de baixo-carbono e a aceleração da popularização de novos veículos energéticos são uma tendência inevitável para o desenvolvimento sustentável de toda a indústria automóvel.
O hidrogénio tem sido considerado há muito tempo como a fonte de energia limpa mais ideal e é o principal objecto de investigação das estratégias de desenvolvimento energético de muitos países. O hidrogênio tem um alto poder calorífico por unidade de massa, cerca de três vezes o da gasolina; o produto da combustão é principalmente água, que não-polui o meio ambiente e pode ser reciclada. No entanto, o hidrogénio não é fácil de liquefazer, as condições e os custos de armazenamento e transporte são elevados; é fácil de explodir, com baixa segurança; como uma aplicação de combustível requer construção em grande-escala de estações de reabastecimento de hidrogênio, com um enorme investimento de fundos e outras questões importantes ainda não foram resolvidas, e o uso em grande-escala de hidrogênio como fonte de energia para automóveis foi seriamente restringido.
A amônia também é um composto-isento de carbono que produz apenas água e nitrogênio e uma pequena quantidade de óxidos de nitrogênio quando queimado e pode ser usado como fonte de energia limpa para substituir combustíveis fósseis. A densidade energética da amônia é maior que a da gasolina, metanol e outros combustíveis; possui alto índice de octanas e é fácil de ser comprimido e liquefeito, por isso é seguro e conveniente para ser armazenado e transportado; e quando for reabastecida, a infraestrutura dos postos de gasolina existentes poderá atender à demanda de reabastecimento de amônia líquida. Além disso, a amônia como um composto rico- em hidrogênio (contendo fração de massa de hidrogênio de 17,6%) também pode ser usada como matéria-prima para hidrogênio em células de combustível. A amônia sintética é uma das maiores produções mundiais de produtos químicos, o processo de produção, armazenamento e transporte e fornecimento é maduro e bem{6}}equipado. De um ponto de vista abrangente, é de importância prática que o combustível de amoníaco substitua a energia fóssil para fornecer energia aos motores dos automóveis.
Desde o início deste século, a aplicação de pesquisa e desenvolvimento de combustível de amônia tem recebido cada vez mais atenção. Os estudiosos dos Estados Unidos, Canadá, Holanda, Japão e outros países estão explorando ativamente o potencial de desenvolvimento da amônia. 2004, os Estados Unidos realizaram um "intercâmbio acadêmico de amônia" anual. Chave", a partir do qual pode ser visto na estratégia de independência energética dos EUA na importante posição da amônia; Japão, Cingapura e Coreia do Sul também começaram a discutir com autoridades australianas a criação de um porto de importação de amônia renovável. Atualmente, a pesquisa da China sobre combustível de amônia ainda está em sua infância, com a amônia como meio de armazenamento de energia das aplicações relevantes de P&D a serem desenvolvidas.
1. Energia de amônia veicular
1.1 Amônia como combustível de motor
A densidade da amônia líquida é próxima da da gasolina, embora seu poder calorífico seja cerca de metade do da gasolina, mas o índice de octanas é muito maior que o da gasolina, com excelentes propriedades anti-explosivas, que podem melhorar a potência de saída do motor e economizar combustível ao mesmo tempo. Nas últimas décadas, muitos países estrangeiros estudaram a viabilidade da amônia como combustível para motores de combustão interna e os resultados foram positivos. Em meados do século passado, investigadores belgas propuseram o amoníaco como combustível para a condução de automóveis, e verificaram com sucesso em diferentes modelos de veículos; sua pesquisa também descobriu que um aumento na pressão de admissão de amônia ou o uso de tecnologia de reforma de combustível de gases de escape pode atender aos requisitos de desempenho de potência do motor. Posteriormente, a NASA usou amônia como combustível para desenvolver e desenvolver a máquina de teste do tipo X-15, e naquela época a maior velocidade da história da aviação humana no espaço, o que indica que o motor movido a amônia tem excelentes perspectivas de aplicação.
Nos últimos anos, a aplicação prática do combustível de amônia na área de motores fez novos avanços, Reiter et al. mostrou que, com apenas um pipeline de admissão de amônia do motor ligeiramente modificado, os carros modernos a diesel podem ser transformados em veículos movidos a amônia - diesel com duplo-combustível; e no teor de amônia não superior a 70% da energia total, as emissões de nitrogênio e oxigênio pelo escapamento são baixas. Liu et al. descobriram que, através do aumento da taxa de compressão para melhorar a taxa de compressão da amônia, a eficiência térmica do motor pode ser aumentada. Liu et al. descobriram que aumentando a taxa de compressão do motor de combustão interna para aumentar a produção de amônia, a eficiência térmica do motor pode ser aumentada para mais de 50%, o que é muito maior do que a dos veículos a combustível comuns.
Devido ao alto limite mínimo de ignição e à lenta taxa de combustão da amônia, geralmente é necessário usar auxiliares de combustão, como acetileno, éter dimetílico, óleo diesel, hidrogênio, etc., ao usar amônia como combustível veicular. No sistema automotivo existente que usa amônia como combustível de motor, parte da amônia será gerada no sistema de bypass pela ação do catalisador para produzir hidrogênio, e a amônia no sistema principal para formar uma mistura de amônia-combustível de hidrogênio e, em seguida, entrar na combustão do cilindro do motor, para atingir o objetivo de quebrar o hidrogênio para inflamar o combustível de amônia.Ryu et al. mostraram que o hidrogênio e o nitrogênio são produzidos pelo craqueamento catalítico da combustão da mistura de amônia e amônia, o que pode melhorar o desempenho de combustão do motor e reduzir as emissões do tubo de escape. emissões.
Também como potencial combustível fóssil alternativo, o éter metílico tem melhor desempenho de combustão e é mais adequado para motores de combustão interna, no entanto, o custo mais elevado dificulta sua promoção-em larga escala. A mistura de amônia líquida e éter metílico, que possuem densidades semelhantes, pode ser transformada em um combustível com desempenho de combustão complementar e menor custo de combustível.Gross et al. desenvolveu um sistema de mistura e injeção de combustível de alta-pressão e testou a mistura de amônia-éter metílico como objeto de pesquisa. Os resultados mostram que aumentar a pressão de injeção em alta concentração de amônia pode melhorar o efeito de mistura de combustível-ar, promover melhor combustão de combustível e atingir cargas mais altas no motor. O fabricante de motores Energomash está atualmente desenvolvendo um novo tipo de motor de foguete alimentado por misturas de amônia-acetileno, com o objetivo de reduzir significativamente o custo de lançamento de foguetes e, ao mesmo tempo, aumentar significativamente a eficiência do motor.
A amônia produz apenas nitrogênio e água sob combustão completa, mas muitas vezes é difícil evitar a produção de óxidos de nitrogênio durante o processo de combustão real devido a muitos fatores incontroláveis, portanto, a pesquisa sobre como lidar com os gases de escape é o principal desafio enfrentado pela amônia como combustível de motor. Uma tarefa importante na maioria das pesquisas sobre motores-alimentados com amônia é reduzir a concentração de emissões de óxido de nitrogênio. Dominar o mecanismo de reação e o processo cinético de combustão da amônia misturada com vários auxiliares de ignição, analisar as vias de formação de óxidos de nitrogênio nos gases de escape e a tecnologia de tratamento, bem como as características dos gases de exaustão de vários tipos de motores são o foco de futuras pesquisas sobre amônia como combustível para motores de automóveis.
1.2 Amônia como matéria-prima para células de combustível
A célula de combustível é um dispositivo de geração de energia que pode converter diretamente a energia química contida no combustível em energia elétrica. Seu cátodo e ânodo são apenas conversores de energia para o processo de reação, e as matérias-primas químicas necessárias são fornecidas de fora e não armazenadas dentro da bateria. Como tecnologia central dos novos veículos energéticos, a célula de combustível foi listada como uma das dez principais novas tecnologias que mudarão a vida humana no século XXI pela revista Time dos EUA e é reconhecida como a melhor fonte de energia para futuros veículos na indústria. A amônia possui alto teor de hidrogênio, alta densidade de energia, dispositivo simples de reforma de hidrogênio, o produto não contém COx que pode levar ao envenenamento de células de combustível, como matéria-prima para células de combustível, as vantagens são muito proeminentes. desde a década de 1960, a amônia como matéria-prima para células de combustível entrou em uma ampla gama de estágios de desenvolvimento prático: Allis-Chamber desenvolveu um sistema de célula de combustível de ar-de amônia de 8kW para a Volkswagen; A ASEA da Suécia projetou uma célula de combustível de amônia líquida-de oxigênio líquido de 200 kW para conduzir um submarino. Hoje em dia, o Japão, a Europa, os Estados Unidos e outros países desenvolvidos têm planos para utilizar células de combustível de amoníaco para substituir geradores tradicionais e motores de combustão interna; A nova empresa de energia de Israel, GenCell, desenvolveu uma tecnologia exclusiva de decomposição de amônia, com base na qual lançou um novo tipo de células de combustível de amônia-hidrogênio que abriu o mercado nos Estados Unidos e no México, e pretende estabelecer um relacionamento cooperativo estável e de longo-prazo com empresas chinesas.
