Pojazdy zasilane nanocząsteczkami metali
Na rynku transportowym dominują silniki spalania wewnętrznego (ICE, Internal Combustion Engine). Spalanie lub palenie paliw kopalnych w obecności utleniacza (zwykle powietrza) przekształca energię chemiczną w wiązkach molekularnych w użyteczną energię mechaniczną, generuje jednak szkodliwe emisje gazów cieplarnianych (GHG). Pośród licznych pojawiających się na horyzoncie przyjaznych dla środowiska rozwiązań w dziedzinie mobilności znajdują się pojazdy wodorowe i zasilane akumulatorami litowo-jonowymi. Dzięki finansowaniu ze środków UE w ramach projektu COMETNANO (Technologies for synthesis, recycling and combustion of metallic nanoclusters as future transportation fuels) po raz pierwszy w historii naukowcy zbadali potencjał wykorzystania metalicznych nanocząsteczek (cząsteczek metali dziesięć tysięcy razy mniejszych niż grubość ludzkiego włosa) jako czystego paliwa do ICE. W idealnych warunkach spalanie metali generuje energię i tlenki metalu bez szkodliwych emisji. Konsorcjum przeprowadziło ogólne badania nad możliwością uzyskania czystego spalania wraz z recyklacją zużytego paliwa za pośrednictwem technologii odnawialnych. Na podstawie badań dostępności, toksyczności, ceny rynkowej i gęstości mocy badacze wytypowali do dalszych badań żelazo, aluminium i bor. Wyniki wstępnych testów silnikowych zwróciły uwagę na obiecujące spalanie żelaza w powietrzu. Spalanie aluminium w powietrzu zostało także zbadane w związku z szerszym zainteresowaniem naukowym, choć odkryto, że pierwiastek ten charakteryzuje się znacznie słabszymi parametrami spalania oraz wyższym oddziaływaniem na środowisko i kosztami produkcji. Kompleksowe badania przeprowadzone w ramach projektu pozwoliły na opracowanie podstawowego mechanizmu spalania nanocząsteczek żelaza. Naukowcy z COMETNANO opracowali dostosowane do potrzeb symulacje spalania żelaza w powietrzu w oparciu o dane doświadczalne opisujące główne zasady kontrolowania procesów przepływu dyspersyjnego, wtrysku i spalania. Jednocześnie naukowcy opracowali proces ulepszania żelazowych odpadów z przemysłu stalowego dla potrzeb syntezy nanocząsteczek żelaza i z powodzeniem zastosowali procedurę syntezy w warunkach laboratoryjnych. Ponadto poprzez testy udowodniono słuszność koncepcji nowego systemu przygotowania nanocząsteczek metalicznych. Naukowcy z COMETNANO ocenili również potencjalne zagrożenie związane z oddziaływaniem nanocząsteczek na zdrowie człowieka. Konsorcjum zademonstrowało technologię 100% odzyskiwania wykorzystanych nanocząsteczek poprzez specjalne dostosowanie sprawdzonej technologii filtrów zanieczyszczeń pyłowych diesla. Zainicjowano badanie toksyczności nanocząsteczek, które obejmowało badania na częściowo niepomyślnych scenariuszach dotyczących spalania i włączenia prostych, odpornych na uszkodzenia modułów. Analizy kosztów wykazały, że po spełnieniu określonych warunków wstępnych paliwa metaliczne mogą się stać konkurencją dla paliw kopalnych obarczonych podatkiem od emisji CO2 oraz że ich cena może być niższa od wielu innych wariantów paliw „odnawialnych”. Zespół COMETNANO dowiódł wykonalności zastosowania nanocząsteczek metalicznych jako paliwa w silnikach ICE. Wyniki wyznaczają szlak dla dalszych badań i rozwoju, przynosząc ważne potencjalne korzyści dla przemysłu samochodowego i metalowego, jak również dla środowiska.
Słowa kluczowe
Nanocząsteczki metali, zużyte paliwo, silniki spalania wewnętrznego, COMETNANO, spalanie żelaza w obecności powietrza
