Двигатели на аммиаке – уже делают
В минувшем году в масс-медиа проскочило сообщение о разработке и постройке китайскими специалистами из GAC автомобильного двигателя, работающего на аммиаке. Был продемонстрирован агрегат объемом 2 л, развивающий 163 л. с. Представитель компании заявил, что проблема, связанная с трудным сгоранием аммиака «преодолена» и данное вещество может быть «ценным» для «коммерческого использования».
Однако о комплектовании такими ДВС продукции концерна ничего сказано не было. Видимо, на то есть серьезные причины. И все же тема применения аммиака в роли топлива нет-нет, да и поднимается. Стоит подробнее разобраться с этим соединением, содержащим «популярный» на планете азот и водород.
Самая распространенная сфера применения вещества – сельское хозяйство. Когда в мире стали иссякать природные запасы удобрений в виде натуральных нитратов, гуано, резко возникла необходимость в дешевом катализаторе хороших урожаев. «Джина из бутылки» выпустили химики Габер и Бош, предложившие недорогой метод получения нужного вещества путем соединения азота и водорода под давлением. За что им и вручили Нобелевскую премию.
В быту это вещество мы видим в роли отбеливающих составов, нашатырного спирта, удобрения для огорода. Ну а как же насчет топлива? Идея не нова: еще в 1943-м году, в самый разгар Второй мировой войны бельгийцы из-за отсутствия дизельного горючего заливали в баки автобусов смесь аммиака и газификаторов. На гибридном топливе общественный транспорт наездил 10 тыс. км.
Другую попытку применения этого вещества в качестве одного из компонентов горючего предприняли в Южной Корее уже в наше время: в 2013-м году. Тогда не было цели сделать полностью «аммиачный» автомобиль. Просто решили его переделать так, чтобы роль горючего играла смесь из 30% бензина и 70% описываемого соединения. Это позволяло сохранить существующую топливную аппаратуру – доработки были минимальными. Но здесь корейцы тоже не были первыми.
По заявлению разработчиков выбросы углекислого газа наружу уменьшились на 70%. Если подобной смесью заправлять хотя бы пятую часть автомобилей в Южной Корее, засорение атмосферы парниковыми газами (аммиак их не выделяет) сократилось бы на 15% за год. Однако на этом все затихло. Создатели нового ДВС мотивировали это тем, что данное соединение слишком дорого, но они «работают над этим». Чем же привлекателен аммиак для автомобильной отрасли?
Их достаточно много и первое кому-то покажется неожиданным. Аммиак может служить идеальным хранилищем для водорода, который играет роль топлива. Перед использованием он должен находиться в резервуарах при температуре в -253°С под давлением. В то время, как аммиак хранится при -33°С.
Последний уже сто лет применяется в мировом сельском хозяйстве, поэтому инфраструктура, связанная с выпуском и транспортировкой продукта, благополучно существует. Объем производства на планете составляет 180 млн т. В 120-ти портах есть соответствующие терминалы.
Второй плюс – энергетическая плотность. У сжиженного водорода данный показатель находится на уровне 8,5 МДж/л. А у натрий-азотного соединения эта цифра составляет 12,7 МДж/л. Если сравнивать с литий-ионными аккумуляторами, которые стоят в электрокарах, то этот параметр у аммиака выше девятикратно. Он хуже воспламеняется, чем бензин или авиационный керосин, но сравнительно экономичнее. Если говорить о ДВС, здесь тоже есть интересная особенность аммиака – его детонационная устойчивость. Октановое число равно 130 (исследовательский метод).
И главное достоинство этого химического соединения заключается в его экологической безопасности. Применение аммиака в ДВС позволит сократить вредные выбросы углекислоты, которые «обеспечивают» более миллиарда автомобилей, колесящих сегодня по планете. А как же насчет недостатков?
К ним относится хорошо всем известный резкий запах соединения. Он может раздражать слизистую рта и носа, дыхательных путей, вызывать кашель. С другой стороны, это помогает моментально обнаружить утечки аммиака даже без всяких приборов. Если же говорить о вреде здоровью, он «лучше», чем метанол в четыре раза. И все же для людей и окружающей среды аммиак токсичен. Если предстоит его использовать в ДВС, герметизация должна быть идеальной.
Другой минус заключается в агрессивности вещества, т. к. оно обладает щелочными свойствами. Аммиак попросту уничтожит все медные, бронзовые, резиновые детали в двигателе. Еще одна проблема – плохое воспламенение. Это решается путем добавления в соединение ацетилена или водорода. Если аммиак будет применяться в дизелях, то степень сжатия придется увеличивать до 35-ти, а температуру во впускном коллекторе – до +150°.
Впрочем, можно сохранить и привычные параметры. Но тогда придется добавлять присадки (диметилгидразин, амилнитрат), которые понизят степень сжатия до 12-14. Еще одна проблема заключается в том, что аммиак не сгорает полностью: в выхлопных газах могут содержаться токсичные вещества. Поэтому понадобится система доочистки.
Лучший вариант – найти дешевый катализатор, который поможет соединению (оно будет играть роль носителя) разложиться на азот и водород, а уже потом использовать последний в качестве топлива. Это возможно уже сегодня. Но роль помощника для расщепления играют соединения иридия, а это очень дорого.
На нынешний момент производство аммиака достигло внушительных масштабов. Если в деньгах, то мировой рынок этого продукта к 2025-му году оценивается в 81,42 млрд долларов. Массово строить авто с ДВС, работающими на аммиаке, пока никто не хочет. Главное препятствие – опасность вещества для людей и природы из-за ограниченного пространства в городах. Другое дело – корабли: океанские и морские просторы помогут улетучиться вредным соединениям. В практическом плане MAN Energy Solutions совместно со специалистами из Южной Кореи уже строят танкер, силовая установка которого будет работать на аммиаке. От них не отстает Норвегия: компания Equinor переводит на это топливо судно Viking Energy. Работы должны быть завершены в этом году.
Япония «смотрит туда же»: в 2020-м компания NYK Line заявила, что в ее планах – постройка корабля, двигатель которого будет работать на аммиаке. Что касается использования соединения в авиации, то идея пока находится на исследовательском этапе, хотя в 1960-е, как уже говорилось, попытки были, причем небезуспешные.
Широкомасштабное использование в ДВС чистого аммиака пока не представляется возможным. Соединение может применяться, как носитель другого вида топлива – водорода или в виде дополнения к бензину, солярке. Исследования на тему использования аммиака в автомобильных ДВС продолжаются во всем мире – остается ждать результатов.
Однако о комплектовании такими ДВС продукции концерна ничего сказано не было. Видимо, на то есть серьезные причины. И все же тема применения аммиака в роли топлива нет-нет, да и поднимается. Стоит подробнее разобраться с этим соединением, содержащим «популярный» на планете азот и водород.
История использования
Самая распространенная сфера применения вещества – сельское хозяйство. Когда в мире стали иссякать природные запасы удобрений в виде натуральных нитратов, гуано, резко возникла необходимость в дешевом катализаторе хороших урожаев. «Джина из бутылки» выпустили химики Габер и Бош, предложившие недорогой метод получения нужного вещества путем соединения азота и водорода под давлением. За что им и вручили Нобелевскую премию.
Заправка прицепного оборудования для внесения безводного аммиака в почву. Фото: YouTube.com
В быту это вещество мы видим в роли отбеливающих составов, нашатырного спирта, удобрения для огорода. Ну а как же насчет топлива? Идея не нова: еще в 1943-м году, в самый разгар Второй мировой войны бельгийцы из-за отсутствия дизельного горючего заливали в баки автобусов смесь аммиака и газификаторов. На гибридном топливе общественный транспорт наездил 10 тыс. км.
В 1960-х ракетоплан Х-15, работавший на аммиаке, устанавливал рекорды по достижению максимальной высоты и скорости.
Другую попытку применения этого вещества в качестве одного из компонентов горючего предприняли в Южной Корее уже в наше время: в 2013-м году. Тогда не было цели сделать полностью «аммиачный» автомобиль. Просто решили его переделать так, чтобы роль горючего играла смесь из 30% бензина и 70% описываемого соединения. Это позволяло сохранить существующую топливную аппаратуру – доработки были минимальными. Но здесь корейцы тоже не были первыми.
В 2007-м автомобиль, заправленный смесью аммиака и бензина проехал из Детройта в Сан-Франциско, преодолев расстояние в 3851 км.
По заявлению разработчиков выбросы углекислого газа наружу уменьшились на 70%. Если подобной смесью заправлять хотя бы пятую часть автомобилей в Южной Корее, засорение атмосферы парниковыми газами (аммиак их не выделяет) сократилось бы на 15% за год. Однако на этом все затихло. Создатели нового ДВС мотивировали это тем, что данное соединение слишком дорого, но они «работают над этим». Чем же привлекателен аммиак для автомобильной отрасли?
Преимущества
Их достаточно много и первое кому-то покажется неожиданным. Аммиак может служить идеальным хранилищем для водорода, который играет роль топлива. Перед использованием он должен находиться в резервуарах при температуре в -253°С под давлением. В то время, как аммиак хранится при -33°С.
Одно из наиболее популярных удобрений – аммиачная селитра. Фото: YouTube.com
Последний уже сто лет применяется в мировом сельском хозяйстве, поэтому инфраструктура, связанная с выпуском и транспортировкой продукта, благополучно существует. Объем производства на планете составляет 180 млн т. В 120-ти портах есть соответствующие терминалы.
Глава CF Industries – одной из ведущих компаний, производящих аммиак, заметил: ранее человечество «продавало азотную» часть молекулы, сегодня предстоит заняться «водородной составляющей».
Второй плюс – энергетическая плотность. У сжиженного водорода данный показатель находится на уровне 8,5 МДж/л. А у натрий-азотного соединения эта цифра составляет 12,7 МДж/л. Если сравнивать с литий-ионными аккумуляторами, которые стоят в электрокарах, то этот параметр у аммиака выше девятикратно. Он хуже воспламеняется, чем бензин или авиационный керосин, но сравнительно экономичнее. Если говорить о ДВС, здесь тоже есть интересная особенность аммиака – его детонационная устойчивость. Октановое число равно 130 (исследовательский метод).
Схематическое изображение установки для получения аммиака. Фото: YouTube.com
И главное достоинство этого химического соединения заключается в его экологической безопасности. Применение аммиака в ДВС позволит сократить вредные выбросы углекислоты, которые «обеспечивают» более миллиарда автомобилей, колесящих сегодня по планете. А как же насчет недостатков?
Отрицательные стороны
К ним относится хорошо всем известный резкий запах соединения. Он может раздражать слизистую рта и носа, дыхательных путей, вызывать кашель. С другой стороны, это помогает моментально обнаружить утечки аммиака даже без всяких приборов. Если же говорить о вреде здоровью, он «лучше», чем метанол в четыре раза. И все же для людей и окружающей среды аммиак токсичен. Если предстоит его использовать в ДВС, герметизация должна быть идеальной.
Аммиак – вредное вещество: ликвидация последствий утечки из цистерны спасателями. Фото: YouTube.com
Другой минус заключается в агрессивности вещества, т. к. оно обладает щелочными свойствами. Аммиак попросту уничтожит все медные, бронзовые, резиновые детали в двигателе. Еще одна проблема – плохое воспламенение. Это решается путем добавления в соединение ацетилена или водорода. Если аммиак будет применяться в дизелях, то степень сжатия придется увеличивать до 35-ти, а температуру во впускном коллекторе – до +150°.
Получать водород для авто можно из аммиака. Фото: YouTube.com
Впрочем, можно сохранить и привычные параметры. Но тогда придется добавлять присадки (диметилгидразин, амилнитрат), которые понизят степень сжатия до 12-14. Еще одна проблема заключается в том, что аммиак не сгорает полностью: в выхлопных газах могут содержаться токсичные вещества. Поэтому понадобится система доочистки.
Идея горючего на основе аммиака будоражит умы изобретателей: в 2021 году в РФ выдан патент RU2778415C1 на «систему питания ДВС водородным топливом на основе аммиака».
Лучший вариант – найти дешевый катализатор, который поможет соединению (оно будет играть роль носителя) разложиться на азот и водород, а уже потом использовать последний в качестве топлива. Это возможно уже сегодня. Но роль помощника для расщепления играют соединения иридия, а это очень дорого.
Перспективы
На нынешний момент производство аммиака достигло внушительных масштабов. Если в деньгах, то мировой рынок этого продукта к 2025-му году оценивается в 81,42 млрд долларов. Массово строить авто с ДВС, работающими на аммиаке, пока никто не хочет. Главное препятствие – опасность вещества для людей и природы из-за ограниченного пространства в городах. Другое дело – корабли: океанские и морские просторы помогут улетучиться вредным соединениям. В практическом плане MAN Energy Solutions совместно со специалистами из Южной Кореи уже строят танкер, силовая установка которого будет работать на аммиаке. От них не отстает Норвегия: компания Equinor переводит на это топливо судно Viking Energy. Работы должны быть завершены в этом году.
Японский буксир, работающий на аммиаке. Фото: YouTube.com
Япония «смотрит туда же»: в 2020-м компания NYK Line заявила, что в ее планах – постройка корабля, двигатель которого будет работать на аммиаке. Что касается использования соединения в авиации, то идея пока находится на исследовательском этапе, хотя в 1960-е, как уже говорилось, попытки были, причем небезуспешные.
В ракетоплане Х-15 в качестве топлива частично использовался аммиак. Фото: YouTube.com
Широкомасштабное использование в ДВС чистого аммиака пока не представляется возможным. Соединение может применяться, как носитель другого вида топлива – водорода или в виде дополнения к бензину, солярке. Исследования на тему использования аммиака в автомобильных ДВС продолжаются во всем мире – остается ждать результатов.
- Сергей Милешкин
- youtube.com
Рекомендуем для вас
«Бетонки»: в России тоже хотят строить «вечные» дороги
Недавно из Краснодарского края пришло сообщение о введении в эксплуатацию опытного участки бетонной автодороги. Подобные покрытия в СССР и РФ почти не...
АВТОВАЗ выпустил партию карбюраторных двигателей – мнения водителей
Готовится глобальный «откат» к старым моделям? Или просто выпустят очень бюджетный автомобиль для страждущих?...
МС-21 получил еще одну важную деталь отечественного производства
Набор деталей успешно прошел тестирование на скорости свыше 600 км/час. До 2028 года ожидается увеличение поставок в 11 раз. Все подробности читайте в нашем...
С крыльями «назад» – странный и очень нестабильный самолет X-29
Речь о разработке NASA 1980-х годов – демонстраторе технологий обратного крыла EC90-039-4. Что это было – ошибка или большой скачок вперед? Попробуем...
Твердотельные аккумуляторы – 1200 км и 10 минут зарядки: когда будет массовое производство?
О производстве этих батарей говорят давно – а «воз и ныне там». Есть ли какие сдвиги в этом направлении сегодня?...
Boeing 737: посадки в исполнении современных пилотов или в СССР учили лучше
Авиалайнеры Boeing 737 считаются одними из самых массовых и удачных в мире. Выпускается семейство серийно с 1967 года. Неудивительно, что за это время...
Lada Niva получит новый мотор в 2025 году – более объемный и мощный, но простой и надежный
Этим двигателям планируют оснащать все модификации легендарного внедорожника. Похоже, от старого мотора решили отказаться....
Белорусский завод «Брестмаш» будет выпускать китайские семиместные минивэны
Стало известно, какую именно модель освоят. Она будет выпускаться под собственным брендом BMG....
Sollers Atlant – почти российский, но все еще недоработанный
Обзор нового легкого грузовика из Елабуги. Расскажем, почему его можно считать почти отечественным, и как отзываются о нем владельцы....
Отсоединять или нет клеммы АКБ при подзарядке
В холода многие подзаряжают аккумулятор: а нужно ли при этом снимать клеммы? Есть разные варианты ответа....
Audi 100 C2 против АЗЛК-2141 – модели бизнес-класса из разных стран и эпох
История автомобилей и их технические особенности. В итоге решим, какая модель лучше сейчас....
Ждем в электромобилях – в Великобритании создали «вечную» батарею
Похоже, будущее наступило. Первый экземпляр создан, осталось дождаться серийного производства, и можно будет забыть о зарядных устройствах....
КАМАЗ-54902 в сравнении с предшественником: подробности
Запущенный в серийное производство КАМАЗ-54902 очень похож на предшественника. Но отличия есть: они касаются двигателя, кабины, некоторых иных узлов и деталей...
Наконец, дождались: УАЗ дизель с 6-МКПП
Уж сколько раз твердили любители внедорожников – УАЗ должен быть дизельным, экономичным и при этом скоростным. Но Ульяновский автомобильный завод отмахивался,...
Стартовали продажи обновленного российского автобуса Вектор Next 8.8
Модель предлагают с двумя типами двигателей. А еще автобус получился бюджетным....
Самолет-телескоп Boeing 747SP: как навечно приземлили «звездолет Энтерпрайз»
Последняя в мире летающая обсерватория проекта SOFIA была закрыта в 2022 году. Что это за программа и почему ее не возобновляют?...