Топливом может быть любое вещество отвечающее определенным характеристикам. В том числе под это определение попадают железо и алюминий, которые могут гореть в порошкообразном состоянии. Группа ученых из университета Макгилла видят низкоуглеродное будущее именно в использовании металлов в качестве основного или одного из альтернативных видов топлива.
Для того, чтобы определить какой именно металл представляет ценность ученые изучают горения порошков, выявляя те что отдают большее количество энергии. Исследователи полагают, что использование металлов может стать намного более популярным нежели водород, электричество, солнечные батареи, ископаемое и биотопливо.
Металлы могут показаться неспособными к горению, однако, если растолочь их в очень мелкий порошок, как сахарная пудра или мука, то эти вещества приобретают иные способности. Почти все металлические пески будут взрываться или гореть при определенных условиях.
Измельчение в довольно таки мелкий порошок значимо увеличивают соотношение между занимаемой площадью и объемом, так что возгораются они очень легко. Причина в том, что мукомольные вещества «проветриваются» кислородом и имеют некую взвесь, потому химическая реакция возгорания крайне простая и само горение весьма и весьма легкое. Подобные реакции можно наблюдать на произошедшем недавно пожаре на «красках Холи» или периодически взрывающихся мельницах — энергия взрывов в таких случаях настолько сильна, что сравнима со взрывом на складе боеприпасов.
Подобный механизм уже работает в некоторых областях. Например, металлическую и алюминиевую мелкую стружку используют в ракетном топливе и для запусков фейерверков. Выпускаемая ими энергия настолько сильна, что способна поднять очень высоко полезные грузы и даже резать рельсы. Тот же принцип команда из Макгилла хотят перевести в ежедневно-потребительскую плоскость.
Исследователи объясняют, что порошки — не первичные источники энергии, как нефть или уголь, атомная или гидроэнергия. Метталические порошки можно использовать для внешних целей и для сгорания. Например, когда-то бензобак был металлическим, и вот после переработки он сам становится топливом.
В лабораторных условиях, ученые обнаружили, что пламя производимое из металлических порошков было схоже с углеводородным топливом. Они подсчитали, что энергия выдаваемая металлами будет сопоставима с обычным двигателем внутреннего сгорания.
Фокус в том, что нужно получить равномерное горение порошков. Команда наметила возможную конструкцию горелки, которая работает путем продувки воздуха через струю металла порошка. Результат совмещается и вводится в камеру сгорания. В циклонической камере отделяется полученные золы от металлов, и после выхлопа газа азота, тепло используется для запуска двигателя.
Коллектив видит ряд преимуществ в использовании металлических порошков в качестве топлива. Такие порошки будут транспортабельны без необходимости использования специализированного оборудования. Они также являются менее громоздкими, чем водород, и имеют более высокую плотность энергии, чем аккумуляторы. Так как они работают в тепловых двигателях, технология может быть масштабирована, чтобы быть достаточно малой для использования в транспортных средствах или достаточно большой для запуска электростанции.
Еще один плюс заключается в том, что металлические порошки пригодны для переработки. Из них можно создать стабильные, нетоксичные твердые оксиды, а их уже собрать обратно в стружку.
В настоящее время команда трудится над созданием прототипа горелки, которую можно будет без труда подключить к двигателю.
«Мы очень заинтересованы в этой технологии, потому что это открывает дверь для новых силовых установок, которые могут использоваться в космосе и на земле» — говорит член команды Дэвид Джарвис, глава стратегических и новейших технологий при Европейском космическом агентстве: «Отход от ископаемого топлива для приведения в движение транспортного средства имеет явную тенденцию на будущее. Пока не отработаны и внедрены методы использования недорогого металлического топлива, но оно уже является достойной альтернативой для бензина и дизельного топлива. Если мы сможем продемонстрировать, топливный двигатель с почти нулевыми выбросами СО2, то это будет спусковым крючком, еще больших инноваций и сокращения расходов в ближайшем будущем.»
Исследование было опубликовано в этом месяце в Applied Energy.
