آیا می‌توان از آمونیاک به‌عنوان جایگزینی برای سوخت فسیلی استفاده کرد؟

در ژوئیه سال گذشته، خودروساز چینی جی‌ای‌سی (GAC) اعلام کرد که با تویوتا برای استفاده از آمونیاک به‌عنوان جایگزینی برای سوخت‌های فسیلی همکاری کرده است. این شرکت چینی با موفقیت یک موتور درون‌سوز را با استفاده از این ماده شیمیایی بدون کربن روشن کرده است.

تاکنون در مورد استفاده از متانول، هیدروژن و سوخت‌های ترکیبی به‌عنوان جایگزین‌های بالقوه برای بنزین و گازوئیل شنیده‌ایم، اما آیا آمونیاک هم می‌تواند جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی باشد؟

استفاده از یک شوینده خانگی یا کود به‌عنوان سوخت تقریباً عجیب به نظر می‌رسد. بااین‌حال، آمونیاک برای انواع استفاده در حمل‌ونقل ازجمله کشتی، کامیون و خودرو مورد بررسی قرار گرفته است.

به‌تازگی، دانشگاه سوفیا در توکیو روی سوختن مؤثر آمونیاک در داخل محفظه احتراق موتور کار کرده است.

یک مولکول آمونیاک حاوی سه اتم هیدروژن و یک اتم نیتروژن است. بنابراین قابل اشتعال است، اما به راحتی مشتعل نمی‌شود.  

نگاهی به قدمت آمونیاک در قالب سوخت

استفاده از آمونیاک به‌عنوان سوخت موتور درون‌سوز درواقع قدمت زیادی دارد. تحقیقات جدید در این حوزه روی بخش اساسی توسعه موتور متمرکز شده است: افزایش چرخش در مجرای ورودی برای بهبود راندمان احتراق.

استفاده از برش آمونیاک با بنزین روش پیش‌فرض برای اطمینان از احتراق کارآمد بوده است. البته هدف کنونی استفاده از آمونیاک به تنهایی و حذف سوخت فسیلی است.

از سال 2019، تیم دانشگاه سوفیا روی درگاه‌های ورودی تمرکز کرده است تا چرخش مخلوط را قبل از رسیدن به محفظه احتراق تقویت کند.

چرخش شرایطی را توصیف می‌کند که در آن مخلوط هوا و سوخت گردابی تشکیل می‌دهند تا توسط آن به یک مخلوط همگن تبدیل شوند. تشکیل این گرداب احتراق را بهبود داده و انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش دهند.

مخلوط کردن سوخت و هوا مزایای کارایی یکسانی را در یک موتور درون‌سوز ایجاد می‌کند، چه سوخت آن آمونیاک، بنزین، گازوئیل یا هر چیز دیگری باشد. هدف اصلی این تحقیق بررسی رابطه بین سیستم ورودی موتور و جریان گاز در داخل سیلندرها بوده است.

دانشمندان از یک موتور تک سیلندر نوری با سیلندر شیشه‌ای و پیستون شیشه‌ای استفاده کردند. آینه‌ای که با زاویه مناسبی در موقعیت سیلندر زیر پیستون نصب شده بود، از طریق تاج پیستون دید خوبی به دوربین خارج از سیلندر شیشه‌ای به داخل محفظه احتراق می‌داد. 

موتورهای تک‌سیلندر، ابزار مناسب برای تحقیق درباره سوخت‌های جایگزین

موتورهای تک سیلندر نوری ابزاری عالی برای تحقیق درباره موتورهای درون‌سوز هستند. می‌توان با استفاده از یک دوربین دیجیتال پرسرعت در زمان واقعی از ورودی آن‌ها فیلمبرداری کرد. این دقیقاً همان کاری است که در این پژوهش برای مطالعه چرخش ایجادشده در نوع معمولی ورودی انجام شد.

برای اینکه مخلوط هوا و سوخت بیشتر قابل مشاهده باشد، تیم تحقیقاتی ذرات ریز سیلیس را به آن اضافه کردند که اندازه هر یک تنها ۴.۶۵ میکرون (میلیونم متر) بود.

این تحقیق نشان داد که یک طرح به نام درگاه مارپیچ اثر چرخشی خوبی ایجاد می‌کند، درحالی‌که در طرح مماسی دیگر، مقداری تغییر روی اندازه دهانه پورت برای ایجاد تأثیر موردنظر لازم است.

گام بعدی استفاده از نتایج این پژوهش برای مطالعه احتراق آمونیاک خالص و آمونیاک مخلوط با بنزین در یک موتور است.