Hidrogenul, scânteia pentru motoarele pe amoniac
Amoniacul a fost folosit ca combustibil pentru prima dată în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, când benzina era greu de obținut. O flotă de autobuze belgiene a fost modificată pentru a funcționa pe amoniac, dar motoarele aveau nevoie de un amestec cu până la 40% gaz de cărbune pentru o ardere stabilă. Astăzi, nevoia de propulsie fără carbon readuce amoniacul în atenție.
Amoniacul este abundent, poate fi produs din energie regenerabilă și nu emite dioxid de carbon în timpul utilizării. Însă are caracteristici slabe de aprindere și nu arde bine singur, așa că este folosit împreună cu un combustibil auxiliar în motoarele cu dublu combustibil. Combustibilii de aprindere obișnuiți, precum motorina sau biocombustibilii, reintroduc însă emisiile de carbon.
Aprinderea cu hidrogen
David Emberson, profesor asociat la Departamentul de Tehnologie Marină al NTNU, a studiat anterior reducerea cantității de combustibil de aprindere necesară într-un sistem cu dublu combustibil. Împreună cu echipa sa, a investigat acum folosirea hidrogenului ca combustibil de aprindere pentru amoniac. Hidrogenul este și el un combustibil fără carbon și poate fi obținut chiar din amoniac. Cercetarea, publicată în revista Energy & Fuels, arată că este nevoie de doar 7%–8% hidrogen pentru a aprinde amoniacul, dacă acesta este administrat corect.
Hidrogenul este însă dificil de comprimat, depozitat și transportat, iar la bordul navelor apar provocări semnificative de stocare. Amoniacul, deși toxic, poate fi păstrat la o presiune mult mai moderată, nu este exploziv și produce mai multă energie pe litru, fiind mai potrivit pentru transportul pe distanțe lungi. Folosirea unei cantități mici de hidrogen pentru aprinderea amoniacului combină astfel caracteristicile-cheie ale celor doi combustibili.
Camera de pre-ardere și aprinderea în flăcări
Duc Duy Nguyen, doctorand la Departamentul de Tehnologie Marină și coautor al lucrării, explică mecanismul: cantități mici de hidrogen sunt injectate într-o cameră mică de pre-ardere, unde sunt aprinse de o bujie. Flăcările ies apoi din această cameră și aprind amoniacul din restul motorului, ca niște aruncătoare de flăcări în miniatură. Echipa ajustează alinierea precisă a duzei și dimensiunile orificiilor pentru eficiență maximă.
Cercetarea se concentrează pe injecția directă, combustibilul fiind pulverizat în camera de ardere, spre deosebire de alte laboratoare și de motoarele cu dublu combustibil deja în funcțiune. Pentru a documenta procesul, cercetătorii folosesc o cameră de luminozitate de mare viteză, care surprinde 36.000 de cadre pe secundă, și o cameră de chemiluminescență, care înregistrează comportamente invizibile ochiului liber.
Provocări pentru sectorul maritim
Rezultatele ar putea avea un impact profund asupra viabilității tehnologiei în sectorul maritim. Transportul naval reprezintă între 11% și 12% din emisiile globale ale tuturor mijloacelor de transport, iar Organizația Maritimă Internațională a stabilit reducerea acestora cu 50% față de nivelurile din 2008 până în 2050. Amoniacul câștigă teren ca alternativă climatică la petrol, dar motoarele obișnuite folosesc un combustibil de aprindere care nu este lipsit de carbon.
Anders Valland, manager de cercetare la SINTEF Ocean, urmărește proiectul și subliniază că mai este drum lung, deoarece rezultatele depind de crăparea amoniacului la bord, o tehnologie încă în dezvoltare, care ar putea fi afectată de reglementările privind folosirea hidrogenului ca combustibil, reguli încă inexistente. Emberson recunoaște că motoarele pe amoniac nu sunt o soluție perfectă, dar probabil vor fi folosite în anumite domenii: producția și distribuția combustibilului, alimentarea navelor, siguranța la bord și potențialele emisii de oxizi de azot rămân probleme nerezolvate.
Autobuzele belgiene originale au fost scoase din uz după război, când prețurile motorinei au scăzut, iar infrastructura veche a învins. Provocarea de astăzi este să se creeze alternative mai atractive, care să performeze la fel de bine sau mai bine.
