Является ли порошкообразное металлическое топливо всего лишь вспышкой на сковороде?

Ни для кого не секрет, что ископаемое топливо быстро вымирает. Поскольку технологии постоянно развиваются, они исчезают все быстрее и быстрее. Многие из наших нынешних зависимостей от ископаемого топлива связаны с высокоэнергетическими приложениями, такими как транспорт. Поскольку маловероятно, что глобальный транспорт когда-либо придет в упадок по какой-либо причине, кроме самой нехватки топлива, крайне важно, чтобы мы нашли что-то, что могло бы воспроизвести высокую плотность энергии ископаемого топлива. Либо так, либо вернитесь к чертежной доске и измените всю сферу глобальных перевозок.

Энергию, особенно солнечную и ветровую, невозможно создать во всем мире. Традиционно энергия создается на месте и отправляется в другие места, которые в ней нуждаются. Все предлагаемые решения по созданию энергоносителей с нулевым выбросом углерода — аккумуляторов и водорода — имеют свои слабые стороны. Батареи — довольно безопасный вариант, но их плотность энергии довольно низкая. Плотность энергии водорода выше, но его воспламеняемость делает его опасным для хранения и транспортировки.

Недавно группа исследователей из Университета Макгилла в Канаде опубликовала статью, посвященную использованию металлических порошков в качестве безуглеродного топлива будущего. Хотя металлические порошки потенциально могут быть использованы в качестве первичных источников энергии, предлагаемое ими временное решение состоит в том, чтобы использовать их в качестве вторичных источников, работающих на первичной энергии ветра и солнца.

Идея использования порошкообразного топлива в качестве источника энергии не нова. Один из прототипов Рудольфа Дизеля конца 1800-х годов некоторое время работал на угольной пыли — ресурсе, которого было много в шахтах близлежащей Рурской долины. Проработав двигатель менее десяти минут, он обнаружил, что осадок уже накопился, и предположил, что это зола, образующаяся при сгорании. Угольная пыль была дополнительно протестирована в Германии, и результаты были в основном такими же: накопление внутреннего осадка и более высокий уровень износа. Исследования угольного топлива начались в США после Второй мировой войны и были сосредоточены на использовании угольной суспензии, полученной из дизельного топлива. Тем не менее, из-за золы поршневые кольца изнашивались быстрее.

На протяжении десятилетий производители дизельных двигателей экспериментировали с использованием все более мелких вводимых частиц угля, а также пытались смешивать их с водой вместо дизельного топлива. В 1980-х годах Министерство энергетики США запустило программу работы с дизельными компаниями по вопросу водоугольных суспензий. Одна из этих компаний, подразделение General Electric, добилась больших успехов к началу 1990-х годов, но к тому времени цены на нефть падали. Программа Министерства энергетики была свернута.

Алюминий и другие металлы являются привлекательным альтернативным источником энергии по нескольким причинам. Самое главное, они имеют высокую плотность энергии. Частично поэтому алюминиевый порошок используется в фейерверках и ракетных ускорителях. Металл можно использовать для изготовления анодов батарей, хотя металло-воздушные батареи должны быть намного больше, чтобы конкурировать по плотности мощности с традиционными топливными элементами. Говоря более изобретательно, металлические порошки используются в качестве самостоятельного топлива для прямого сжигания, начиная с уровня инфраструктуры и заканчивая автомобильными двигателями.

Однако существует проблема с прямым использованием металлических порошков в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Подобно угольной пыли и шламу, при сгорании порошка алюминия и железа образуются твердые оксиды металлов. Эти оксиды покрывают двигатель, быстрее изнашивают его и в конечном итоге загрязняют поршни.

Ирония в том, что эти твердые оксиды металлов являются ключом к возобновляемости. Их можно собирать и перерабатывать обратно в порошкообразное топливо, используя существующую инфраструктуру с использованием энергии ветра и солнца. Но чем они меньше, тем сложнее их собрать. И действительно, если переработка не будет осуществляться эффективно, металлические порошки не станут хорошей заменой нефти или дизельного топлива.

Двигатели внешнего сгорания являются лучшим применением металлического порошкового топлива. Система сгорания может выполнять грязную работу на безопасном расстоянии. Он может отфильтровывать оксиды металлов с помощью циклона и направлять в двигатель только чистое тепло. Еще более перспективным, чем алюминий, является железный порошок. Он горит на 1000 градусов ниже, чем алюминий, и образует более крупные частицы оксида, которые легко собрать.