航空減碳「氨氣做為航空燃料實用性」氨氣可望成為未來噴射機燃料

航空減碳 氨氣可望成為未來噴射機燃料

「反應發動機」實驗室(Reaction Engines)與英國科學技術設施理事會(STFC),完成了關於「氨氣做為航空燃料實用性」的概念研究。他們希望發展一種可持續的、低排放的噴射發動機推進系統,一但成功,將是航空業的一大技術變革。

減碳已成為國際環保共識,因此各國政府都在優惠與鼓勵電動交通工具的發展,比如電動汽車、電動機車,以及電動船等等,然而航空業的電動化就比較困難,雖然直升機與螺旋槳飛機也可以用電動馬達取代燃油引擎,但是噴射機就很難取代,因為噴射機需要燃燒產生大量推進的氣體,這就需要航空汽油這樣子,具有很高的能量密度的燃料,航空汽油很類似煤油,這種燃料甚至可以推升太空火箭。

不幸的是,此類燃料的能量來自高碳鏈,燃燒過程會產生大量的二氧化碳排放,據統計,航空業所造成的全球碳排放量達到10%,這不令人訝異,每分每秒都有飛機在天上航行。

若要削減噴射機的排碳,似乎只有尋找無碳燃料一途,問題在於,無碳燃料的能量密度,都比標準航空汽油來的低,也就是力量不足。

液態氫可能是一種可行的替代方法,可是氫氣不易攜帶,它也很容易外洩,還必須完全重新設計飛機並建造新的基礎設施。

「反應發動機」實驗室則想到氨氣,氨的化學式是NH3,它在一般情況下不會燃燒,但是在純氧的環境則會,有可能是一種不錯的航空燃料。

其實,使用氨氣作為航空燃料的想法並不新鮮,早在1950年代,美國航太總署發明的X-15火箭飛機就使用氨氣與液態氧的組合來推升,成功達到6馬赫以上,並進入110公里高度的太空。這型飛機是航太總署早期的太空人訓練機,第一位登月太空人尼爾阿姆斯壯也曾多次駕駛X-15。

比較大的問題在於它需要配合純氧才能有效燃燒,如果未來的飛機都要攜帶液態氧,那將很不方便。為了解決這個問題,「反應發動機」實驗室,開發一種新的推進系統,在這個新系統中,氨氣以冷卻、加壓的液態形式存儲在飛機機翼中,就像今天大多數的飛機一樣。然後有一組化學反應器中,會把氨氣(NH3)分解成氫與氮氣,氫氣的燃燒效應就相當高,然後,氨/氫混合物,被送入噴氣發動機裡,在那裡它像常規燃料一樣燃燒,排放出大量氣體推進飛機,但是卻不會有二氧化碳在其中。

「反應發動機」實驗室的工程負責人詹姆斯‧巴爾茲博士(James Barth)說:「我們的研究表明,可以從目前的航空發動機,改裝成以氨氣燃料的形式,差別只在燃料供應系統。我們目前也在試著這麼做,這意味著飛機可以很快的從燃燒汽油快速過渡到燃燒氨氣。」

他還說:「製氨早已經是各國化學工業很熟悉的事情,因此氨氣燃料也相當便宜,以低成本實現可持續航空的未來是可能的,我估計使用氨燃料的噴射飛機,可能會在2050年之前就問世。」

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