氨混合燃料體系的性能研究現(xiàn)狀

夏鑫，藺建民，李妍，陶志平

（中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院，北京 100083）

多年來(lái)，能源短缺、環(huán)境污染以及溫室效應(yīng)等一直是影響世界各國(guó)發(fā)展的主要問(wèn)題。對(duì)于我國(guó)而言，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，汽車保有量不斷增加，化石燃料的消耗也不斷增加，這不僅使我國(guó)的化石能源對(duì)外依存度提高，而且給生態(tài)環(huán)境造成了巨大的壓力。另外，我國(guó)是CO排放大國(guó)，化石燃料燃燒所排放的CO造成的溫室效應(yīng)嚴(yán)重制約我國(guó)的發(fā)展。因此，保持我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)的同時(shí)降低CO排放是我國(guó)面臨的重大課題，而尋找清潔無(wú)碳排放的新型能源燃料則成為能源領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

氫燃料和氨燃料一直被認(rèn)為是具有潛力的化石能源替代燃料。氫因具有單位質(zhì)量熱值高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染以及可循環(huán)利用等特點(diǎn)而被認(rèn)為是最理想的清潔能源，然而目前仍面臨氫的安全性能差、對(duì)氫的儲(chǔ)運(yùn)要求高等關(guān)鍵性問(wèn)題，使得氫能源難以大規(guī)模應(yīng)用。氨同樣是一種無(wú)碳化合物，燃燒不產(chǎn)生CO，另一方面，氨在世界范圍內(nèi)產(chǎn)量豐富，氨的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)等條件相對(duì)成熟。綜合來(lái)看，氨作為化石能源的替代燃料更加具有潛力。

1941年，Macq首次提出氨作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的構(gòu)想，氨燃料的相關(guān)研究關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)如圖1 所示，針對(duì)氨作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的可行性研究可以分為兩個(gè)時(shí)期：①20世紀(jì)60年代，第二次世界大戰(zhàn)過(guò)后，為應(yīng)對(duì)未來(lái)的石油危機(jī)而開(kāi)展氨燃料研究；②21世紀(jì)初，尋找替代性無(wú)碳燃料以減少溫室氣體排放而開(kāi)展氨燃料研究。21 世紀(jì)以來(lái)，氨燃料的研究與應(yīng)用越來(lái)越受到重視。美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞、日本、歐洲等國(guó)家和地區(qū)均在積極探索氨燃料的發(fā)展?jié)摿?，而我?guó)針對(duì)氨燃料的研究工作尚處于起步階段。

圖1 氨作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的應(yīng)用研究關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

本文就氨燃料的理化特性和燃燒特性，以及國(guó)內(nèi)外針對(duì)氨作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的研究現(xiàn)狀等方面進(jìn)行了闡述，并對(duì)氨作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料所面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇進(jìn)行了分析，為氨燃料的進(jìn)一步研究提供參考。

1 氨燃料特性

合成氨是世界上產(chǎn)量最為豐富的化學(xué)品之一，2018 年世界合成氨產(chǎn)量約為2.2 億噸，表1 列舉了主要的合成氨生產(chǎn)工藝，其中成熟的工業(yè)合成氨工藝是熱催化合成氨工藝（Haber-Bosch工藝），而電化學(xué)合成氨、光催化合成氨以及化學(xué)鏈合成氨工藝也在深入研究。我國(guó)是世界上氨產(chǎn)量最大的國(guó)家且產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)完善，因此我國(guó)具有良好的基礎(chǔ)以發(fā)展氨燃料作為化石燃料的替代能源。

表1 合成氨的生產(chǎn)工藝

氨是具有三棱錐構(gòu)型的穩(wěn)定化合物，一般狀態(tài)下是一種具有強(qiáng)烈刺激性氣味的堿性無(wú)色氣體。氨燃料與氫、汽油、柴油的理化性能及燃燒性能列于表2。氨是一種良好的儲(chǔ)氫化合物，含氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)17.6%，與氫燃料相比，氨燃料的能量密度大、易液化、易儲(chǔ)運(yùn)；另外，氨燃料的可燃極限較氫燃料更窄，較氫燃料更加安全。與汽柴油相比，液氨的密度、絕熱燃燒溫度與汽柴油相近，而氨燃料的特點(diǎn)在于燃燒不產(chǎn)生含碳化合物。同時(shí)考慮到理論空燃比與低位熱值的影響，即在相同空氣量和理論空燃比的前提下，所釋放熱量的對(duì)比情況，氨燃料與汽柴油相比，對(duì)于實(shí)際內(nèi)燃機(jī)中不改變進(jìn)氣系統(tǒng)而僅改變?nèi)剂瞎┙o系統(tǒng)的改造方案更具有優(yōu)勢(shì)。與汽油相比，雖然低位熱值較汽油低，但是辛烷值高于汽油，在抗爆震性能上有一定優(yōu)勢(shì)。但是，氨燃料的燃點(diǎn)、汽化潛熱以及自燃溫度高，燃燒速度慢，因此作為燃料時(shí)通常需要引燃劑。

表2 氨、氫、汽油、柴油燃料的性能[24,28]

有研究指出，氨燃料完全燃燒時(shí)的產(chǎn)物僅為N和HO［燃燒方程式如式(1)所示］，但是不完全燃燒時(shí)則會(huì)產(chǎn)生NO，而其中NO 是導(dǎo)致臭氧空洞的有害物質(zhì)之一。

燃料的一個(gè)重要性能參數(shù)是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)管道以及結(jié)構(gòu)部件的相容性影響，從而評(píng)價(jià)燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的適用性。Cole-Parmer 公司公示了氨與多種工業(yè)材料的相容性研究結(jié)果，如表3 所示。可以發(fā)現(xiàn)，氨與多數(shù)工業(yè)材料相容性好，但是氨腐蝕黃銅和青銅，且對(duì)天然橡膠、氟橡膠有顯著的溶脹作用。因此，氨作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料需要謹(jǐn)慎考慮發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的材料。

表3 氨的材料相容性

2 氨混合燃料體系的研究現(xiàn)狀

從氨的特性來(lái)看，氨具有做發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的潛力，且有研究指出使用氨燃料無(wú)需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造進(jìn)行顯著調(diào)整。因此有諸多針對(duì)氨燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用研究報(bào)道，且多集中于使用雙燃料體系，并取得了積極成果。

2.1 氨-汽油燃料體系

因?yàn)榘比剂暇哂休^高的辛烷值，因此可以通過(guò)提高壓縮比以提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，但是發(fā)動(dòng)機(jī)的工況對(duì)氨燃料燃燒和排放的影響十分復(fù)雜。Liu 等以汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，考察氨-空氣當(dāng)量比在0.5～1.5 范圍內(nèi)的氨燃料燃燒特性，該研究注意到層流燃燒速度在當(dāng)量比約為1.1 時(shí)達(dá)到峰值，且在該當(dāng)量比條件下，增加壓縮比對(duì)層流燃燒速度的提高有顯著影響，且氨的消耗率明顯增加；在排放方面，該研究發(fā)現(xiàn)，富氨狀態(tài)和貧氨狀態(tài)呈現(xiàn)不同的NO 排放效果，具體而言，在富氨狀態(tài)下，增加壓縮比會(huì)顯著降低NO 排放濃度，而在貧氨狀態(tài)下，增加壓縮比卻會(huì)增大NO排放濃度。Grannell等開(kāi)展了氨-汽油混合燃料的研究，該研究尤其關(guān)注到混合燃料的排放問(wèn)題［如NH、碳?xì)浠衔铮℉C）、NO、CO、NO］。具體而言，NH廢氣排放量與混合燃料中氨的含量成正比。汽油在混合燃料中的含量在70%～100%范圍內(nèi)，HC排放變化不大，而當(dāng)汽油含量低于70%，HC排放量下降；混合燃料中的氨-汽油相對(duì)含量對(duì)NO 排放的影響不大，但純氨燃料燃燒排放的NO濃度略低于純汽油燃料燃燒排放的NO 濃度，而混合燃料中的氨-汽油相對(duì)含量卻對(duì)CO排放有重要影響，CO排放與混合燃料中的汽油含量呈顯著正相關(guān)。另外，研究發(fā)現(xiàn)純汽油燃料燃燒不會(huì)產(chǎn)生大量的NO，而氨-汽油混合燃料燃燒則會(huì)產(chǎn)生10～40mg/kg 的NO。Ryu 等評(píng)估了氨-汽油混合燃料的燃燒性能和排放情況，研究發(fā)現(xiàn)，由于氨燃料的自燃溫度高、火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷虼税?汽油混合燃料較純汽油燃料的缸內(nèi)峰值壓力略低。有趣的是，當(dāng)混合燃料中的氨含量提高，會(huì)縮短燃燒持續(xù)時(shí)間，說(shuō)明氨-汽油燃料體系中，燃燒強(qiáng)度較單一燃料有提高；在排放方面，混合燃料的NO以及HC排放明顯高于純汽油燃料，而CO 排放則略有降低。Grannell 等考察了多種氨-汽油混合比例下的無(wú)爆震條件，結(jié)果表明，適宜的氨-汽油混合比為7∶3。在碳達(dá)峰、碳中和的背景下，開(kāi)展的氨-汽油混合燃料研究可對(duì)碳排放控制起到一定的積極作用，但是需要平衡氮氧化物排放及燃燒性能的關(guān)系。

另一方面，提高氨在汽油中的溶解度，將有益于提高氨-汽油混合燃料的燃燒性能，研究人員對(duì)此進(jìn)行了諸多嘗試。Haputhanthri 等將乙醇或甲醇作乳化劑以提高氨-汽油的互溶性，并探討了氨-汽油混合燃料的排放性能。研究發(fā)現(xiàn)，液相汽油在345kPa、286.65K條件下只能溶解體積分?jǐn)?shù)為4.5%的NH，而使用體積分?jǐn)?shù)為10%的乙醇或甲醇會(huì)使NH的溶解度提高到11%（體積分?jǐn)?shù)）。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，含體積分?jǐn)?shù)為30%乙醇或甲醇的汽油可以溶解高達(dá)17.35%（體積分?jǐn)?shù)）的NH。

上述研究成果為汽油燃料減碳排放提供了思路，并拓展了氨燃料的應(yīng)用潛力。但是氨-汽油混合燃料體系尚存在氮氧化物生成機(jī)理不明確以及氨在汽油中的溶解度低等問(wèn)題，這些問(wèn)題制約了氨-汽油混合燃料的推廣應(yīng)用，同時(shí)缺少與氨-汽油燃料體系相適應(yīng)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)研究報(bào)道。因此，推廣氨-汽油混合燃料的實(shí)際應(yīng)用仍需要開(kāi)展更加豐富而深入的工作。

2.2 氨-柴油燃料體系

由于氨燃料具有不良的燃燒特性，在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中需要具有（35∶1）～（100∶1）的壓縮比。而且氨燃料不適合壓燃式點(diǎn)火，因此純氨燃料在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中的探索及應(yīng)用研究未受到足夠關(guān)注。盡管有報(bào)道指出，在特定的發(fā)動(dòng)機(jī)工況條件下可成功實(shí)現(xiàn)壓燃點(diǎn)火作業(yè)，但由于需要極高壓縮比，因此純氨燃料應(yīng)用于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中仍具有挑戰(zhàn)性。

將氨與石油基柴油或生物柴油組成的雙燃料體系應(yīng)用于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中，被認(rèn)為是部分替代碳基燃料（如柴油或生物柴油）的良好選擇，可達(dá)到減少燃料的碳含量以減少溫室氣體排放的目的。

2008年，Reiter 和Kong報(bào)道了含氨雙燃料體系在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中的研究。2011 年，他們進(jìn)一步報(bào)道了氨-柴油混合燃料在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒與排放特性的研究成果，分析了氨-柴油、氨-生物柴油在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的可行性。研究結(jié)果表明，對(duì)于相同的發(fā)動(dòng)機(jī)性能，氨的能量替代率能達(dá)到95%以上。利用柴油作為引燃劑和助燃劑，在壓燃式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上測(cè)試了不同氨-柴油比例下的燃料經(jīng)濟(jì)性和尾氣污染物排放情況后發(fā)現(xiàn)，在氨提供40%～60%的能量時(shí)，燃料利用效率較高。

Reiter等對(duì)比研究了氨-柴油混合燃料與純柴油燃料在渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的排放性能，發(fā)現(xiàn)即使當(dāng)氨在混合燃料中提供的能量占比為70%時(shí)，混合燃料的NO排放量仍與純柴油燃料的NO排放量相當(dāng)，而氨提供的能量占比在70%以下時(shí)，氨-柴油混合燃料的NO排放量則低于純柴油燃料。高氨含量的混合燃料其氮含量較高，因此燃燒會(huì)排放較多的NO，而從另一角度看，氨燃料燃燒會(huì)使火焰溫度下降而抑制NO排放，兩種影響存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。但是研究指出，在氨-柴油混合燃料體系中，氨的能量占比不超過(guò)60%，可保障混合燃料體系具有較低的NO排放量。對(duì)于HC 排放而言，當(dāng)氨在混合燃料中的能量占比低于70%，由于火焰燃燒溫度低，導(dǎo)致柴油燃燒不完全，HC 排放量較高；當(dāng)混合燃料中主要由氨燃料組成時(shí)，HC 來(lái)源大大減少，因此HC排放量有效下降。對(duì)于CO排放而言，CO的排放量與混合燃料中的氨含量成正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)氨在混合燃料中的能量占比從20%提高到80%，CO的排放量從11%降到3%。在氨-生物柴油混合燃料體系中，NO、HC以及CO排放規(guī)律與氨-柴油燃料混合體系的排放規(guī)律相似。

綜合已有研究報(bào)道來(lái)看，在壓燃式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，氨-柴油、氨-生物柴油混合燃料具有替代柴油燃料的潛力，且在減少壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)整體CO排放量方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

2.3 氨-其他燃料體系

由于氨本身的燃燒特性限制，使得氨難以單獨(dú)作為燃料使用，除了上述氨-汽油燃料體系、氨-柴油燃料體系等相關(guān)研究外，諸多學(xué)者對(duì)氨存在的其他混合燃料體系也作了探索，為提高氨燃料燃燒性能尋找解決方案。

鐘紹華等探討了氨燃料的燃燒特性，研究表明氨燃料可在稀薄空氣條件下實(shí)現(xiàn)壓燃燃燒?？紤]到純氨燃料的進(jìn)氣溫度和壓縮比較高，該研究將正庚烷作引燃劑，對(duì)比研究了氨-正庚烷燃料體系與純氨燃料的燃燒特性，發(fā)現(xiàn)正庚烷摩爾分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，混合燃料的進(jìn)氣溫度可以從純氨燃料的800K降到345K左右，說(shuō)明正庚烷有效地促進(jìn)了氨燃料的燃燒；另一方面，純氨燃料在450K、壓縮比120∶1條件下不能被壓燃，而當(dāng)正庚烷的摩爾分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，混合燃料的壓縮比可降至10∶1 左右。Lubrano等分別比較了氨-甲烷、氨-正庚烷、氨-異辛烷燃料的層流燃燒速度，發(fā)現(xiàn)氨-烷烴混合燃料體系的層流燃燒速度較純烷烴的層流燃燒速度有所下降，表明火焰燃燒更加平緩、火焰穩(wěn)定性更好；與正庚烷、異辛烷相比，氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)甲烷燃燒性能的影響更為顯著。

近年來(lái)，將甲烷作為氨燃料的引燃劑引起諸多關(guān)注，尤其對(duì)氨-甲烷混合燃料的燃燒特性和燃燒機(jī)理等方面開(kāi)展了諸多研究，而將氨-甲烷混合燃料用作燃?xì)廨啓C(jī)燃料則表現(xiàn)出較好的應(yīng)用前景。Valera-Medina 等考察了甲烷與氣態(tài)氨的混合燃料在燃?xì)廨喼械娜紵€(wěn)定性和排放性能，研究認(rèn)為，保障氨-甲烷混合燃料同時(shí)具有良好的燃燒穩(wěn)定性和排放性能的當(dāng)量比在0.7～1.05之間。隨后，該結(jié)論得到證實(shí)。然而，氨-甲烷混合燃料的NO排放量偏高是制約氨-甲烷混合燃料在燃?xì)廨啓C(jī)中應(yīng)用的關(guān)鍵因素。為了解決這一問(wèn)題，日本石川島重工業(yè)株式會(huì)社（IHI Corporation）將氨-天然氣混合燃料用于燃?xì)廨啓C(jī)，開(kāi)展了實(shí)質(zhì)性的探索，報(bào)道稱燃燒氨含量達(dá)20%的氨-天然氣混合燃料用于所開(kāi)發(fā)的2MW 級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)發(fā)電，經(jīng)尾氣處理后可使NO排放濃度降到7μL/L 以下，且使用效能與燃用天然氣效能相當(dāng)。日本三菱重工已經(jīng)致力于純氨燃料用于40MW燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)開(kāi)發(fā)，并宣稱擬于2025年推出世界首臺(tái)40MW氨燃?xì)廨啓C(jī)。

考慮到二甲醚（DME）和氨的蒸氣壓相近，且DME的十六烷值高，Ryu等將DME與氨混合，在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中探討了氨-二甲醚燃料的燃燒和排放特性，結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)性能隨著混合燃料中氨濃度的增加而降低；排放方面，混合燃料組成為60%NH-40%DME（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，在低負(fù)荷工況條件下CO 和HC 排放量較高，碳煙排放量仍然極低（但比100%DME的碳煙排放量略高），而NO和NH的排放量增加。從燃燒和排放性能來(lái)看，氨-二甲醚混合燃料體系并不適宜。此外，其他氨存在的混合燃料體系如氨-二乙醚混合燃料體系、氨-二甲氧基甲烷混合燃料體系、氨-氧氣混合燃料體系、氨-合成氣燃料體系、氨-氫氣燃料體系等相關(guān)研究也有報(bào)道。

通過(guò)綜合評(píng)價(jià)純氨燃料以及新型含氨混合燃料的燃燒性能、排放性能及適用性能等，篩選適宜的氨燃料應(yīng)用途徑以及含氨混合燃料體系，將為碳減排、碳中和提供助力。

3 氨作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇

3.1 氨燃料面臨的挑戰(zhàn)

從已有的研究報(bào)道來(lái)看，氨燃料作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料具有一定潛力，但目前石油基燃料的使用成本較低且產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)成熟，因此推廣氨燃料作為石油基燃料的替代燃料仍存在一定困難。具體而言，目前氨作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料面臨以下幾個(gè)問(wèn)題。

（1）氨生產(chǎn)耗能高 氨的工業(yè)化生產(chǎn)工藝主要是熱催化合成氨工藝，反應(yīng)在高溫、高壓、催化條件下進(jìn)行，反應(yīng)如式(2)所示。一方面，熱催化合成氨工藝的能耗較高，氨的生產(chǎn)能耗占全球能耗的1.8%～3.0%，且生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的NO，雖然技術(shù)上可選擇非催化還原技術(shù)（SNCR）去除NO，但是生產(chǎn)成本相應(yīng)提高。

另一方面，氫氣來(lái)源目前仍來(lái)自于石化燃料制氫工藝。亟待開(kāi)發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)的可再生合成氨生產(chǎn)工藝。因此研究低溫、常壓條件下的合成氨工藝、催化劑體系及反應(yīng)機(jī)理是合成氨工業(yè)未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)課題。

（2）氨具有毒性和腐蝕性 有報(bào)道稱，氨在空氣中的體積分?jǐn)?shù)與其產(chǎn)生的影響存在顯著相關(guān)性，如表4 所示。研究指出，人在25μL/L 的氨氣環(huán)境中的暴露極限為8h。另外，氨對(duì)水生生物具有毒性，并可能具有長(zhǎng)期影響，且氨在水中會(huì)轉(zhuǎn)化為銨離子，對(duì)環(huán)境的威脅將增加。當(dāng)氨與水混合時(shí)，pH 迅速升高至11.6，因此腐蝕性問(wèn)題也是氨作為燃料的限制之一。

表4 氨在空氣中的濃度與毒性的關(guān)系[63]

（3）氨的燃燒特性較差 氨的熱值低，不易燃燒且燃燒不穩(wěn)定。氨在完全燃燒的情況下只生成氮?dú)夂退趯?shí)際燃燒過(guò)程中由于許多不可控因素，往往難以避免氮氧化合物（NO）的產(chǎn)生，當(dāng)大部分能量由氨燃料提供時(shí)，NH可能會(huì)發(fā)生過(guò)氧化，導(dǎo)致NO排放增加。雖然針對(duì)氨燃料的燃燒機(jī)理以及NO形成過(guò)程有諸多探討，但是針對(duì)氨燃料的著火特性、燃燒強(qiáng)化方法以及燃燒過(guò)程中的NO生成優(yōu)化等方面認(rèn)識(shí)尚不清晰，在很大程度上限制了氨燃料的應(yīng)用，而研究如何處理尾氣是氨作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料面臨的主要挑戰(zhàn)。在大部分氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的研究中，一個(gè)關(guān)鍵的任務(wù)就是降低氮氧化合物排放。掌握氨與各種引燃助劑混合燃燒的反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)過(guò)程，分析尾氣中氮氧化合物形成路徑和處理技術(shù)以及各類發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣特性，是未來(lái)氨作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的研究重點(diǎn)。

3.2 氨燃料迎來(lái)的機(jī)遇

盡管氨作為燃料目前面臨挑戰(zhàn)，但是在環(huán)保形勢(shì)愈發(fā)嚴(yán)峻的當(dāng)前，尤其是在碳達(dá)峰、碳中和的大背景下，使用氨燃料作為降低碳排放的有效方法值得探索。一方面，由于氨燃料不含碳元素，因此不會(huì)直接產(chǎn)生CO，當(dāng)與其他燃料共同作為混合燃料時(shí)，也可有效降低碳排放；另一方面，如果用于合成氨的能源和原料來(lái)自可再生資源（如風(fēng)能、水力發(fā)電及生物質(zhì)），則全生命周期循環(huán)內(nèi)可以不含碳，這將是氨燃料領(lǐng)域探索的重點(diǎn)課題。有預(yù)測(cè)指出，解離尿素有望為大規(guī)模生產(chǎn)氨提供最可持續(xù)的途徑。

不可否認(rèn)的是，氨的毒性和腐蝕性不可忽略，但是在氨的濃度低于50μL/L 時(shí)即可檢測(cè)并被察覺(jué)，遠(yuǎn)低于2000μL/L 的致命水平。有研究發(fā)現(xiàn)，氨可以被儲(chǔ)存在多孔金屬氨絡(luò)合物如六氨氯化鎂[Mg(NH)Cl]中，在金屬氨絡(luò)合物中，氨的吸附和解吸完全可逆。氨只有在350℃或更高溫度下加熱才會(huì)從多孔介質(zhì)中釋放，因此氨的毒性和腐蝕性問(wèn)題有望被較好地解決。

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，通過(guò)增大進(jìn)氣壓力以提高氨發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)燃燒壓力峰值，從而增強(qiáng)氨發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，對(duì)于克服氨燃料的燃燒特性缺陷是一項(xiàng)非常有利的措施。

4 結(jié)語(yǔ)

氨燃料的有效利用仍然十分具有挑戰(zhàn)性，總體而言，氨燃料在被完全認(rèn)可為可應(yīng)用燃料之前，相關(guān)的研究任重道遠(yuǎn)。

目前，合成氨工業(yè)在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占重要地位，雖然我國(guó)對(duì)氨燃料的研究相較國(guó)外仍處于起步階段，但成熟的氨生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)及供給體系能夠?yàn)榘比剂咸峁┝己玫膽?yīng)用基礎(chǔ)，因此我國(guó)氨燃料的發(fā)展具有不錯(cuò)的后發(fā)優(yōu)勢(shì)。氨與碳?xì)浠衔锘旌先紵苡行Э朔比剂系娜紵毕?，且能夠在?nèi)燃機(jī)的應(yīng)用中表現(xiàn)出較好的性能。因此尋找性能與氨最為匹配的碳?xì)浠衔?，掌握氨混合燃料燃燒的反?yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)過(guò)程，必將能帶來(lái)良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。