Ammoniakbilen vinder på økonomi og teknik
En let modificeret forbrændingsmotor, der kører på en blanding af ammoniak og brint, er lige så effektiv som en dieselbil og næsten lige så billig.
Multimedia
Infografik:
Sådan fungerer ammoniakmotoren
Læs også
Læs mere om
Dokumentation
Prop ammoniak i tanken, men omdan ti procent til brint, før det sendes ind i motoren. Det kan gøre en traditionel forbrændingsmotor billigere og mere effektiv end alternative CO2-fri biler.
Og brinten fremstilles mest hensigtsmæssigt ved at reformere en lille del af ammoniakken med varme fra udstødningsgassen. Det viser Frederik Holten-Tingleff i sit netop færdiggjorte speciale på DTU Mekanik, hvor han er blevet vejledt af adjunkt Anders Ivarsson.
Resultatet er en bil med traditionelle komponenter tilført moderne teknologi udviklet på DTU. Grundlaget for brugen af ammoniak som brændsel begyndte nemlig med udviklingen af brintpillen, som DTU-spinoff’et Amminex stod for:
»Dengang var ideen, at brint kunne bruges i en brændselscellebil. Men brændselsceller kræver, at brinten er 100 procent ren for ammoniak. Så besværlige er forbrændingsmotorer slet ikke. De kan faktisk godt brænde ren ammoniak, men kun inden for et relativt snævert område i forhold til temperatur og tryk. Forbrændingen bliver mere effektiv, hvis et andet brændstof er til stede i en tilstrækkelig stor mængde til at starte forbrændingen, for eksempel brint i 10 volumenprocent, eller hvad der svarer til 1,3 procent masseprocent,« fortæller Frederik Holten-Tingleff.
Ammoniak opbevares i salt
I sit speciale viser han, at man netop kan bruge varmen fra udstødningsgassen i en katalytisk konverter til at fremstille de optimale 10 volumenprocent brint.
Ved at bruge salt til opbevaring af ammoniak i stedet for i tryktanke, fjerner man også risikoen for, at den giftige ammoniak frigives til omgivelserne, så længe temperaturen ligger under 36 grader celsius:
»De ammoniakholdige salte skal over 36 grader celsius, før det bliver frigivet ud af tankene. Ved 75 grader celsius er det muligt at trække ammoniak ud med et tryk på 6 bar,« forklarer han.
For at nå op på de 75 grader udnyttes noget af spildvarmen fra motorens kølevand.
Faktisk er det med den blanding muligt at fremstille en gnisttændt motor, som er lige så effektiv som en moderne dieselmotor. Det skyldes, at brinten i cylinderen vil antænde og forbrænde meget hurtigt, mens ammoniakken brænder lidt langsommere og meget jævnt. Samtidig har ammoniak et højt oktantal, som gør det muligt at hæve kompressionforholdet i cylinderen, så det svarer til forholdet i en dieselmotor, og brintens antændelsesegenskaber gør, at man kan køre med stort luftoverskudstal.
Ved at bruge varmen fra udstødningen kan der yderligere opnås en lille forbedring af effektiviteten.
Billigere end andre CO2-fri kørselsformer
Som en del af specialet har Frederik Holten-Tingleff også regnet på omkostningerne ved at køre på ammoniak i stedet for andre CO2-fri alternativer. Her har han kigget på elbiler og brændselscellebiler. Udgangspunktet har været, at både el, brint og ammoniak blev produceret på baggrund af fossilfri energi.
Resultatet er, at en bil med ammoniak i tanken - i teorien - er billigere at producere og bruge end en tilsvarende bil drevet frem af el fra batterier eller brint i en brændselscelle. Således opnås en større CO2-fortrængning for pengene:
»Det skyldes primært to ting: komponenterne til en ammoniakbil er væsentligt billigere end til de to andre biler, også selv om der skal noget ekstra udstyr på. Prisen pr. kWh, baseret på den nedre brændværdi, for ammoniak produceret ud fra naturgas, er i dag lavere end for diesel. Men hvis det i fremtiden skal være fossilfrit, så skal ammoniak produceres på baggrund af vedvarende energi,« forklarer Frederik Holten-Tingleff.
Brugen af restvarme til reformeringsprocessen er stadig kun afprøvet i teorien, og der forestår derfor et udviklingsarbejde, hvis det skal blive en realitet. Et andet uafklaret spørgsmål er, hvordan ammoniak hurtigt kan fyldes på tanken. Der udvikles nemlig en hel del varme, når det sker, og Frederik Holten-Tingleff forestiller sig, at udskiftning af ammoniak-tanken på en bil kan foregå i stil med Better Place-konceptet, altså hvor man automatisk for indsat en fuld tank i stedet for den tomme.
