Международное судоходство ежегодно обеспечивает более 80% мирового объема торговли и выбрасывает около 1 миллиарда тонн парниковых газов. В свете поставленной Международной морской организацией цели достичь нулевых выбросов к 2050 году, аммиак, не содержащий углерода и легко сжижаемый для транспортировки, становится многообещающим альтернативным топливом. Однако такие недостатки, как медленное горение и трудность воспламенения аммиака, а также практические сложности хранения водородного топлива, требующего сверхнизких температур (-253°C) или сжатия под высоким давлением, долгое время сдерживали развитие силовых установок для судов с нулевым выбросом углерода.
Команда под руководством доцента Янга Вэньмина и старшего научного сотрудника доктора Чжоу Синьи с кафедры машиностроения Инженерно-дизайнерского колледжа Национального университета Сингапура опубликовала в журнале «Джоуль» концепцию двигателя с внутрицилиндровым реформингом аммиака в водород. Эта схема предполагает использование в одном из цилиндров многокамерного двигателя обогащенной аммиаком топливной смеси, где под воздействием высокой температуры и давления при сгорании часть аммиака разлагается на водород, после чего обогащенные водородом выхлопные газы рециркулируют в другие цилиндры, повышая эффективность сгорания — весь процесс требует подачи только одного аммиачного топлива, без необходимости в отдельном резервуаре для хранения водорода.
Для поддержания стабильности горения команда внедрила систему зажигания с активной форкамерой. Доктор Чжоу Синьи отметила: «Интеграция технологии активной форкамеры позволяет расширить предел обогащения аммиаком в основной камере и увеличить общий выход водорода». Предварительные эксперименты и моделирование показывают, что этот метод внутрицилиндрового реформинга, повышая тепловую эффективность, одновременно снижает выбросы несгоревшего аммиака и значительно уменьшает образование закиси азота, парниковый эффект которой примерно в 273 раза сильнее.
Доцент Янг Вэньмин добавил: «Эта концепция упрощает систему, устраняя необходимость в громоздком реформере и дорогостоящих катализаторах, а также снижая потери энергии». Исследование также показало, что рост эффективности замедляется, когда доля водорода превышает примерно 12% от энергопотребления двигателя. При поддержке Морской академии Сингапура команда планирует построить первый прототип двигателя с внутрицилиндровым реформингом и рециркуляцией газов, а также проверить этот технический маршрут судового двигателя на аммиаке в лабораторных условиях и в ходе демонстрационных испытаний на реальном судне.