Zapomnijcie o autach elektrycznych. Jest nowe paliwo z potencjałem

Dlatego uwaga badaczy coraz częściej kieruje się w stronę substancji, która od dekad jest produkowana na masową skalę, a jej transport i przechowywanie jest dużo łatwiejsze - chodzi o amoniak.

Skroplenie wodoru to proces wymagający potężnych nakładów energii i specjalistycznej aparatury. Amoniak przechodzi w stan ciekły już przy temperaturze -40 stopni Celsjusza lub pod ciśnieniem zaledwie 9 barów. Oznacza to, że jego magazynowanie i tankowanie przypomina obchodzenie się z dobrze znanym gazem LPG.

Dodatkowym atutem jest istniejąca już globalna infrastruktura przemysłu nawozowego, która od lat bezpiecznie transportuje miliony ton tego związku chemicznego po całym świecie. Zbudowanie sieci stacji tankowania byłoby zatem logistycznie znacznie prostsze niż tworzenie od zera punktów dystrybucji wodoru. Z technicznego punktu widzenia spalanie amoniaku nie generuje również dwutlenku węgla, co czyni go paliwem całkowicie bezemisyjnym.

Zastosowanie go w klasycznym silniku spalinowym rodzi jednak poważne problemy, z którymi inżynierowie musieli się zmierzyć. Związek ten ma bardzo wysoką temperaturę zapłonu, wynoszącą około 630 stopni Celsjusza, a płomień rozprzestrzenia się w nim stosunkowo wolno.

Rozwiązaniem problemu opornego zapłonu okazało się rozszczepienie paliwa na pokładzie samochodu. Instytut Fraunhofer IMM we współpracy z firmą First Ammonia Motors przebudował starego pickupa Chevroleta z 1993 roku, wyposażając go w standardowy silnik o zapłonie iskrowym, który zasilany jest wyłącznie amoniakiem.

Kluczem do sukcesu jest zintegrowany, tak zwany kraker amoniaku. Urządzenie to termokatalitycznie rozszczepia amoniak na wodór oraz azot. Podczas uruchamiania silnika proces ten inicjowany jest elektrycznie. System wykorzystuje naturalne ciepło odpadowe z układu wydechowego pracującego silnika do ciągłego podtrzymywania reakcji chemicznej. Powstający na bieżąco wodór trafia do cylindrów jako przyspieszacz zapłonu, tworząc mieszankę, która spala się płynnie i wydajnie.

Po ustabilizowaniu się temperatury roboczej układ staje się całkowicie samowystarczalny, nie wymagając doprowadzania energii z zewnątrz. Z rury wydechowej przebudowanego Chevroleta wydobywa się w zasadzie tylko para wodna oraz nieszkodliwy azot, który i tak stanowi większość powietrza obecnego w atmosferze.

Teoretycznie to układ idealny, pozwalający zachować klasyczne silniki spalinowe przy jednoczesnym wyeliminowaniu emisji CO2. Nie jest to jednak technologia, na drodze której nie ma żadnych barier.

Gęstość energetyczna amoniaku jest o połowę mniejsza niż w przypadku benzyny czy oleju napędowego. Oznacza to, że dla zachowania porównywalnego zasięgu, zbiornik paliwa w samochodzie trzeba byłoby powiększyć dwukrotnie. Jeszcze większym wyzwaniem jest toksyczność samego paliwa. Ewentualny wyciek podczas wypadku drogowego w gęsto zaludnionym terenie stanowiłby bezpośrednie zagrożenie dla zdrowia ludzi znajdujących się w pobliżu.

Kolejnym problemem są emisje tlenków azotu. Choć proces nie generuje dwutlenku węgla, to specyfika spalania amoniaku wymusza stosowanie niezwykle rozbudowanych i drogich systemów oczyszczania spalin, aby pojazd mógł spełnić rygorystyczne normy homologacyjne.

Ze względu na toksyczność i konieczność montowania ogromnych zbiorników, amoniak raczej nie stanie się paliwem, które będziemy tankować do miejskich aut osobowych. Rozwiązanie to ma jednak ogromne szanse na komercyjny sukces w sektorach, gdzie elektryfikacja za pomocą ciężkich baterii jest wykluczona.

Mowa tu o transporcie ciężarowym, maszynach przemysłowych oraz żegludze dalekomorskiej, gdzie miejsce na dodatkowe zbiorniki nie stanowi problemu, a infrastruktura tankowania jest wysoce scentralizowana. Pierwsze kroki w tym kierunku zostały już postawione - Hyundai na początku kwietnia zainaugurował budowę pierwszych na świecie tankowców zasilanych amoniakiem, a kolejne jednostki tego typu znajdują się już w portfelu zamówień stoczni.