航空減碳 氨氣可望成爲未來噴射機燃料

X-15火箭機是至今速度最快的大氣層內飛行器，達到6馬赫之譜!但是它的燃料不是航空汽油，而是氨氣，可見氨氣是可以做爲航空燃料使用。(圖/NASA)

「反應發動機」實驗室(Reaction Engines)與英國科學技術設施理事會（STFC），完成了關於「氨氣做爲航空燃料實用性」的概念研究。他們希望發展一種可持續的、低排放的噴射發動機推進系統，一但成功，將是航空業的一大技術變革。

減碳已成爲國際環保共識，因此各國政府都在優惠與鼓勵電動交通工具的發展，比如電動汽車、電動機車，以及電動船等等，然而航空業的電動化就比較困難，雖然直升機與螺旋槳飛機也可以用電動馬達取代燃油引擎，但是噴射機就很難取代，因爲噴射機需要燃燒產生大量推進的氣體，這就需要航空汽油這樣子，具有很高的能量密度的燃料，航空汽油很類似煤油，這種燃料甚至可以推升太空火箭。

不幸的是，此類燃料的能量來自高碳鏈，燃燒過程會產生大量的二氧化碳排放，據統計，航空業所造成的全球碳排放量達到10%，這不令人訝異，每分每秒都有飛機在天上航行。

若要削減噴射機的排碳，似乎只有尋找無碳燃料一途，問題在於，無碳燃料的能量密度，都比標準航空汽油來的低，也就是力量不足。

液態氫可能是一種可行的替代方法，可是氫氣不易攜帶，它也很容易外泄，還必須完全重新設計飛機並建造新的基礎設施。

「反應發動機」實驗室則想到氨氣，氨的化學式是NH3，它在一般情況下不會燃燒，但是在純氧的環境則會，有可能是一種不錯的航空燃料。

其實，使用氨氣作爲航空燃料的想法並不新鮮，早在1950年代，美國航太總署發明的X-15火箭飛機就使用氨氣與液態氧的組合來推升，成功達到6馬赫以上，並進入110公里高度的太空。這型飛機是航太總署早期的太空人訓練機，第一位登月太空人尼爾阿姆斯壯也曾多次駕駛X-15。

比較大的問題在於它需要配合純氧纔能有效燃燒，如果未來的飛機都要攜帶液態氧，那將很不方便。爲了解決這個問題，「反應發動機」實驗室，開發一種新的推進系統，在這個新系統中，氨氣以冷卻、加壓的液態形式存儲在飛機機翼中，就像今天大多數的飛機一樣。然後有一組化學反應器中，會把氨氣(NH3)分解成氫與氮氣，氫氣的燃燒效應就相當高，然後，氨/氫混合物，被送入噴氣發動機裡，在那裡它像常規燃料一樣燃燒，排放出大量氣體推進飛機，但是卻不會有二氧化碳在其中。

「反應發動機」實驗室的工程負責人詹姆斯‧巴爾茲博士(James Barth)說：「我們的研究表明，可以從目前的航空發動機，改裝成以氨氣燃料的形式，差別只在燃料供應系統。我們目前也在試着這麼做，這意味着飛機可以很快的從燃燒汽油快速過渡到燃燒氨氣。」

他還說：「制氨早已經是各國化學工業很熟悉的事情，因此氨氣燃料也相當便宜，以低成本實現可持續航空的未來是可能的，我估計使用氨燃料的噴射飛機，可能會在2050年之前就問世。」