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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學院辦院方針

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【中國科學報】研究提出甲烷介導的氨動力發(fā)動機構(gòu)想

2024-12-10 中國科學報王敏

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中國科學技術(shù)大學教授曾杰、姚濤、王占東，副教授李洪良團隊合作，提出并驗證了甲烷介導的氨動力發(fā)動機構(gòu)想。相關(guān)成果近日發(fā)表于《德國應(yīng)用化學》。

氨動力發(fā)動機在實現(xiàn)碳中和方面展現(xiàn)了巨大潛力。然而，氨氣作為發(fā)動機燃料，面臨火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊汀⒆匀紲囟雀?、點火能量高以及燃燒極限窄等挑戰(zhàn)，有害污染物氮氧化物的排放問題尤為嚴重。解決氨氣作為燃料燃燒特性差，以及有害尾氣排放等問題，極其重要。

不同于直接燃燒氨氣，研究團隊提出了一種創(chuàng)新的氨動力發(fā)動機構(gòu)想——選擇甲烷作為媒介，將甲烷燃燒與尾氣原位處理相結(jié)合，間接實現(xiàn)氨氣的燃燒，既實現(xiàn)了氨氣的零碳排放，又避免了氨氣燃燒本身的缺陷。

為實現(xiàn)這一構(gòu)想，研究團隊設(shè)計了“空間解耦”和“空間耦合”兩條路徑。“空間解耦”路徑將尾氣處理分為兩步。先利用負載型釕團簇催化劑催化氨氣裂解產(chǎn)生氮氣和氫氣，氨氣的轉(zhuǎn)化率達到100%；然后將裂解產(chǎn)生的氫氣與尾氣中的二氧化碳反應(yīng)，在負載型鎳基催化劑作用下生成甲烷，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率達到97.4%，甲烷的選擇性接近100%?！翱臻g耦合”路徑將氨和尾氣中的二氧化碳直接反應(yīng)，生成氮氣、甲烷和水，氨和二氧化碳的轉(zhuǎn)化率分別達到80.1%和49.3%。這兩種方式均實現(xiàn)了氨氣與氧氣的非接觸性反應(yīng)，從而避免了氮氣過度氧化生成氮氧化物。

采用該設(shè)計，研究人員可以將傳統(tǒng)的甲烷燃料發(fā)動機改造成氨動力發(fā)動機。基于這一設(shè)計理念，其他由汽油或柴油驅(qū)動的發(fā)動機也可以通過將二氧化碳甲烷化替換為二氧化碳加氫制汽油或柴油反應(yīng)，改造成氨動力發(fā)動機。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202420292

（原載于《中國科學報》?2024-12-10?第1版?要聞）

中國科學技術(shù)大學教授曾杰、姚濤、王占東，副教授李洪良團隊合作，提出并驗證了甲烷介導的氨動力發(fā)動機構(gòu)想。相關(guān)成果近日發(fā)表于《德國應(yīng)用化學》。氨動力發(fā)動機在實現(xiàn)碳中和方面展現(xiàn)了巨大潛力。然而，氨氣作為發(fā)動機燃料，面臨火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?、自燃溫度高、點火能量高以及燃燒極限窄等挑戰(zhàn)，有害污染物氮氧化物的排放問題尤為嚴重。解決氨氣作為燃料燃燒特性差，以及有害尾氣排放等問題，極其重要。不同于直接燃燒氨氣，研究團隊提出了一種創(chuàng)新的氨動力發(fā)動機構(gòu)想——選擇甲烷作為媒介，將甲烷燃燒與尾氣原位處理相結(jié)合，間接實現(xiàn)氨氣的燃燒，既實現(xiàn)了氨氣的零碳排放，又避免了氨氣燃燒本身的缺陷。為實現(xiàn)這一構(gòu)想，研究團隊設(shè)計了“空間解耦”和“空間耦合”兩條路徑?！翱臻g解耦”路徑將尾氣處理分為兩步。先利用負載型釕團簇催化劑催化氨氣裂解產(chǎn)生氮氣和氫氣，氨氣的轉(zhuǎn)化率達到100%；然后將裂解產(chǎn)生的氫氣與尾氣中的二氧化碳反應(yīng)，在負載型鎳基催化劑作用下生成甲烷，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率達到97.4%，甲烷的選擇性接近100%?！翱臻g耦合”路徑將氨和尾氣中的二氧化碳直接反應(yīng)，生成氮氣、甲烷和水，氨和二氧化碳的轉(zhuǎn)化率分別達到80.1%和49.3%。這兩種方式均實現(xiàn)了氨氣與氧氣的非接觸性反應(yīng)，從而避免了氮氣過度氧化生成氮氧化物。采用該設(shè)計，研究人員可以將傳統(tǒng)的甲烷燃料發(fā)動機改造成氨動力發(fā)動機。基于這一設(shè)計理念，其他由汽油或柴油驅(qū)動的發(fā)動機也可以通過將二氧化碳甲烷化替換為二氧化碳加氫制汽油或柴油反應(yīng)，改造成氨動力發(fā)動機。相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202420292（原載于《中國科學報》?2024-12-10?第1版?要聞）

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