中国科学技术大学团队创新氨动力发动机研究 甲烷介导概念成型
时间：2024-12-09 15:20
小编：小世评选
近日，中国科学技术大学的研究团队，包括曾杰、姚涛、王占东、李洪良等学者，在氨动力发动机研究方面取得了显著进展。他们提出并实验验证了一种新的氨动力发动机概念，即“甲烷介导的氨动力发动机”。这一研究成果已于近日发表在国际顶尖学术期刊《德国应用化学》上，进一步推动了氨作为清洁燃料的应用研究。
氨气（NH3）作为一种可再生能源载体，其极具潜力的零碳排放特性吸引了全球科研界的广泛关注。氨气的直接燃烧在实际应用中的确存在一些技术挑战，比如燃烧反应容易生成氮氧化物（NOx），影响环境和健康。因此，如何更好地利用氨气、避免其缺陷是当前的研究热点。该团队的创新研究正是应运而生。
研究团队提出的甲烷介导氨动力发动机概念，与传统的氨气直接燃烧方案不同。该方法选用甲烷（CH4）作为媒介，通过甲烷的燃烧与氨气的高效转化，间接实现氨气的燃烧，进而保持零碳排放的同时克服氨气燃烧中存在的诸多缺点。具体而言，当甲烷与氧气反应生成二氧化碳和水时，氨气则通过尾气处理与氧气发生反应，最终三者联动形成氮气和水蒸气，对氮氧化物的生成进行了有效控制。
为了实现这一复杂的化学反应过程，研究团队设计了两条关键的操作路径：空间解耦和空间耦合。
空间解耦路径
在这一路径中，研究者们将尾气处理分为两个步骤。使用负载型钌团簇催化剂，将氨气裂解为氮气和氢气，其中氨气的转化率几乎达到100%。生成的氢气与尾气中的二氧化碳反应，在负载型镍基催化剂的催化作用下，生成甲烷。实验数据表明，二氧化碳的转化率高达97.4%，同时甲烷的生成选择性接近100%。这种反应方式的创新性在于将氨气的处理与甲烷的生成有效结合，为氨动力发动机开辟了一条新路径。
空间耦合路径
另一种路径则是将氨和二氧化碳同时进行反应，直接生成氮气、甲烷和水。实验结果显示，氨和二氧化碳的转化率分别达到了80.1%和49.3%。这种耦合反应提高了原料的利用效率，从而极大地推动了氨动力发动机的实用化进程。
通过这两种创新的操作方式，研究团队实现了氨气与氧气的非接触性反应，在避免产生氮氧化物的同时，保证了反应的高效性。这一研究成果不仅为氨气在动力发动机中的应用提供了新思路，还为现有的燃料发动机（如柴油、汽油发动机）改造为氨动力发动机提供了理论基础。
基于这一创新设计，传统的以甲烷为燃料的发动机也可以通过二氧化碳与氢气反应生成的甲烷来进行改造，提升环保性能。同时，研究者们指出，未来其他成熟的能源驱动系统也能借此技术进行有效转型，实现氨作为清洁燃料的广泛应用。
中国科学技术大学团队在氨动力发动机研究领域的最新进展，标志着氨气在未来可再生能源领域的进一步应用可能性。他们的研究不仅为减少碳排放，推动可持续能源的开发提供了新的切入点，也激励了更多科研团队投身于氨气及其衍生技术的研究，为实现全球气候目标做出积极贡献。
