来源:环球零碳
记者12月6日从中国科学技术大学获悉,该校曾杰、姚涛、王占东、李洪良等人合作,在氨动力发动机研究领域取得重要进展——他们提出并验证了甲烷介导的氨动力发动机构想。相关成果日前发表于国际权威学术期刊《德国应用化学》。
氨动力发动机在实现碳中和上展现了巨大潜力。然而,氨气作为发动机燃料的应用面临着如火焰传播速度低、自燃温度高、点火能量高以及燃烧极限窄等挑战。
此外,在氨动力发动机应用中,有害污染物氮氧化物(NOX)的排放问题也尤为严重。
如何解决上述问题对于氨动力发动机的应用极为重要。在本次研究工作中,研究团队提出了一种创新的氨气动力发动机构想。
不同于以往直接燃烧氨气,研究团队提出的发动机依靠甲烷(CH4)燃烧提供动力,而甲烷燃烧后产生的二氧化碳(CO2)尾气,可再与氨气(NH3)进行反应,生成甲烷、氮气(N2)和水(H2O)。新生成的甲烷可以继续用于燃烧和提供动力,而氮气和二氧化碳则是不含碳的物质,最终实现碳循环。
用这种方式,研究团队选择甲烷作为媒介,并将甲烷燃烧(CH4+ 2O2 → CO2+2H2O)与二氧化碳尾气原位处理相结合,间接实现了氨气的燃烧(4NH3+ 3O2 = 2N2+ 6H2O),同时避免了氨气发动机本身的缺陷。
为实现这一构想,研究团队设计了“空间解耦”和“空间耦合”两条路径。
第一种“空间解耦”路径将甲烷发动机产生的CO2尾气处理分两步:首先,利用负载型钌团簇催化剂催化氨气裂解产生氮气和氢气(2NH3= N2+ 3H2),氨气的转化率达到100%;然后,裂解产生的氢气再与尾气中的二氧化碳反应,在负载型镍基催化剂作用下(3CO2+ 8NH3 = 3CH4+ 4N2+ 6H2O),生成甲烷(CO2+ 4H2= CH4+ 2H2O),二氧化碳的转化率达到97.4%,甲烷的选择性接近100%。
第二种“空间耦合”路径是促使NH3和尾气中的CO2直接反应,生成氮气、甲烷和水。不过,由于这种方式会出现反应物的竞争吸附现象,在1 bar(CO2:NH3=3:8)和550°C条件下,氨气和二氧化碳的转化率分别达到80.1%和49.3%。
这两种方式均实现了氨气与氧气的非接触性反应,这样就不会因为氮气的过度氧化而生成有害的氮氧化物(NOX)。
研究人员介绍,采用该设计,可以将传统的甲烷燃料发动机改造成氨气动力发动机。基于这一设计理念,其他成熟的汽油或柴油驱动的发动机也可以通过将二氧化碳甲烷化,改造为氨动力发动机。
(来源:新华网,Wiley Online Library)
特别声明:以上内容仅代表作者本人的观点或立场,不代表新浪财经头条的观点或立场。如因作品内容、版权或其他问题需要与新浪财经头条联系的,请于上述内容发布后的30天内进行。
400-690-0000 欢迎批评指正
All Rights Reserved 新浪公司 版权所有