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航空海洋

航空减碳 氨气可望成为未来喷射机燃料

来源:中时电子报2020-08-26 07:01708

X-15火箭機是至今速度最快的大氣層內飛行器,達到6馬赫之譜!但是它的燃料不是航空汽油,而是氨氣,可見氨氣是可以做為航空燃料使用。(圖/NASA)

「反应发动机」实验室(Reaction Engines)与英国科学技术设施理事会(STFC),完成了关于「氨气做为航空燃料实用性」的概念研究。他们希望发展一种可持续的、低排放的喷射发动机推进系统,一但成功,将是航空业的一大技术变革。

减碳已成为国际环保共识,因此各国政府都在优惠与鼓励电动交通工具的发展,比如电动汽车、电动机车,以及电动船等等,然而航空业的电动化就比较困难,虽然直升机与螺旋桨飞机也可以用电动马达取代燃油引擎,但是喷射机就很难取代,因为喷射机需要燃烧产生大量推进的气体,这就需要航空汽油这样子,具有很高的能量密度的燃料,航空汽油很类似煤油,这种燃料甚至可以推升太空火箭。

不幸的是,此类燃料的能量来自高碳链,燃烧过程会产生大量的二氧化碳排放,据统计,航空业所造成的全球碳排放量达到10%,这不令人讶异,每分每秒都有飞机在天上航行。

若要削减喷射机的排碳,似乎只有寻找无碳燃料一途,问题在于,无碳燃料的能量密度,都比标准航空汽油来的低,也就是力量不足。

液态氢可能是一种可行的替代方法,可是氢气不易携带,它也很容易外泄,还必须完全重新设计飞机并建造新的基础设施。

「反应发动机」实验室则想到氨气,氨的化学式是NH3,它在一般情况下不会燃烧,但是在纯氧的环境则会,有可能是一种不错的航空燃料。

其实,使用氨气作为航空燃料的想法并不新鲜,早在1950年代,美国航太总署发明的X-15火箭飞机就使用氨气与液态氧的组合来推升,成功达到6马赫以上,并进入110公里高度的太空。这型飞机是航太总署早期的太空人训练机,第一位登月太空人尼尔阿姆斯壮也曾多次驾驶X-15。

比较大的问题在于它需要配合纯氧才能有效燃烧,如果未来的飞机都要携带液态氧,那将很不方便。为了解决这个问题,「反应发动机」实验室,开发一种新的推进系统,在这个新系统中,氨气以冷却、加压的液态形式存储在飞机机翼中,就像今天大多数的飞机一样。然后有一组化学反应器中,会把氨气(NH3)分解成氢与氮气,氢气的燃烧效应就相当高,然后,氨/氢混合物,被送入喷气发动机里,在那里它像常规燃料一样燃烧,排放出大量气体推进飞机,但是却不会有二氧化碳在其中。

「反应发动机」实验室的工程负责人詹姆斯‧巴尔兹博士(James Barth)说:「我们的研究表明,可以从目前的航空发动机,改装成以氨气燃料的形式,差别只在燃料供应系统。我们目前也在试着这么做,这意味着飞机可以很快的从燃烧汽油快速过渡到燃烧氨气。」

他还说:「制氨早已经是各国化学工业很熟悉的事情,因此氨气燃料也相当便宜,以低成本实现可持续航空的未来是可能的,我估计使用氨燃料的喷射飞机,可能会在2050年之前就问世。」

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