国际能源署(IEA)预计，氨将成为未来确保碳中和航运的关键绿色燃料之一。根据他们的预测，到2070年，氨将占海运燃料消耗的一半左右。海运业的其他消息来源预计，到2050年，氨将占总消耗量的30%至40%。
然而，要实现这一目标还需要做大量的工作，因为氨并不是理想的燃料，目前的船用发动机不能立即使用氨来运行。
自2020年以来，MANEnergySolutions一直致力于开发可使用氨作为燃料的发动机，从而满足航运的气候要求。
“我们预计第一台商用发动机将于2025年初交付，届时我们将为客户设计多种尺寸的发动机，客户对氨燃料发动机表现出极大兴趣，并一直在询问。我们目前正在哥本哈根测试我们的全尺寸二冲程试验发动机。下一步也是最后一步将是在我们的一家授权商处测试氨燃料发动机，随后在帆船上进行测试，”MANEnergySolutions首席项目经理JohanKaltoft说道。
安全第一
氨具有毒性，因此MANEnergySolutions的大部分工作都围绕着安全性，将氨发动机在哥本哈根运行，并将其带入船舶的机舱。
“安全性至关重要。氨气排放是绝对不允许的，因此这是我们工作的重中之重。负责氨气燃料发动机审批和立法的当局无疑也将重点关注确保安全性从根本上得到保障，以免对人或环境造成任何危害。”
与研究人员密切合作
MANEnergySolutions致力于将一台用于重质燃料油的大型柴油发动机改造成使用氨的发动机，这项工作包括与丹麦技术大学的研究人员进行多项合作项目，这些研究人员是世界上第一批研究氨作为船用燃料的特性的研究人员之一。
“我们的工作始于18年前。当时，人们都难以置信地摇头，不明白我们为什么要使用有毒的氨作为燃料。但氨的一大优势是它不含碳，因此不会导致二氧化碳排放。因此，它是一种很有意思的燃料候选材料，”丹麦技术大学副教授AndersIvarsson说道。
氨不仅有毒，而且在确保快速点火和燃烧方面也带来了挑战。研究人员专注于在丹麦技术大学实验室的两台小型内燃机上研究这一点。
“一开始，我们尝试添加所谓的点火增强剂，例如氢气，它可以用来点燃氨。然而，在我们最近的测试中，我们已经证明，无需添加其他燃料即可点燃氨，”AndersIvarsson说道。
研究人员的另一部分工作涉及发动机中氨燃烧过程的细节。所谓的带有玻璃窗的燃烧弹可以研究过程中的各个元素，例如火焰或从喷射燃料的喷嘴中喷出的雾化。同时，研究人员可以调整各个参数，例如通过添加热量或氧气，并观察各个部分如何反应，从而实现最佳燃烧。
“你不能仅仅在氨燃料发动机中插入一个传感器，就能了解这类细节。因此，我们在实验室中进行了许多不同的、控制良好的测试，这些测试共同提供了有关燃烧过程各个步骤的重要知识，设计师可以利用这些知识来理解和优化最终的氨燃料船舶发动机，”AndersIvarsson解释道。
排放很重要
研究人员还对氨燃料发动机的排放进行了评估。氨燃烧会产生氮氧化物(NOx)和一氧化二氮(N2O)。这些排放对环境有害，必须尽可能降低，因此氨燃烧并不是简单地用一个问题取代另一个问题。一氧化二氮排放尤其成问题，因为它是一种比二氧化碳更强大的温室气体。
丹麦技术大学(DTU)教授PeterGlarborg表示：“这意味着，以氨为燃料的发动机不需要排放大量的一氧化二氮，就会消除其降低二氧化碳排放量带来的好处。”
“我们拥有世界领先的高温化学反应实验室之一。在这里，在现实条件下，即在与发动机相同的高压下，压力约为100个大气压，我们可以在受控条件下检查氨的氧化。这让我们了解了该过程的化学性质，并深入了解了如何最佳地限制氨燃烧产生的排放，”PeterGlarborg说。
完整模型和新测量方法
研究人员各部分工作的成果为MANEnergySolutions用于预测发动机性能的计算流体动力学(CFD)模型提供了输入，是对大规模测试的补充。
“该模型详细模拟了氨燃料发动机中发生的过程。这对于开发工作非常重要，这样您就可以快速轻松地在模型上进行测试，以实现最佳燃烧等，而不必校准和转换大型测试发动机，然后等待结果，”PeterGlarborg说。
尽管丹麦技术大学的研究人员在有关氨作为燃料的知识方面是世界上最顶尖的，但他们在与MANEnergySolutions的合作项目中进入了未知领域，必须开发新的方法。
“测量氨燃烧产生的排放听起来很容易。但这是一种含水量很高的废气，必须分析未燃烧氨的含量以及少量的一氧化二氮和其他不良成分。这意味着我们无法使用正常的测量程序和设备。有必要开发新的气体分析方法，我们与希腊塞萨洛尼基亚里士多德大学的一些世界领先的研究人员合作，测量纳米颗粒。他们把他们最好的测量设备和两名研究人员送到我们的实验室，花了三周时间对我们的氨燃料发动机进行测量，”AndersIvarsson说。
对即将推出的氨燃料发动机充满信心
然而，研究人员表现出极大的乐观。
“最大的挑战不再是技术问题，而是让以氨为燃料的发动机运转起来。目前最大的障碍是生产足够数量的绿色氨用于航运，以便该行业能够减少其对气候的影响，”PeterGlarborg说道。
AndersIvarsson完全同意。
“你可以引用我的话，目前氨在船舶发动机中的应用开发正在取得巨大进展。对于大型船舶来说，这是一种非常有前途的燃料，我相信它将在未来发挥重要作用。”