В последние годы мир активно ищет пути перехода к углерод-нейтральной энергетике. В поисках путей декарбонизации мировой энергетики взоры исследователей все чаще обращаются к аммиаку (NH₃). Долгое время служивший человечеству в основном как удобрение или хладагент, он теперь рассматривается как потенциальный ключ к низкоуглеродному будущему. Его главное преимущество очевидно: при сгорании он не выделяет углекислый газ (CO₂) – основного виновника парникового эффекта.

В недавнем выпуске журнала Renewable and Sustainable Energy Reviews (IF=16.3) ученые представили анализ по перспективам использования аммиака в энергетике. Этот обзор был подготовлен коллективом исследователей из Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН (Черноголовка) и Университета им. Федерико Санта-Мария (Вальпараисо, Чили). В своей работе авторы детально рассмотрели современные достижения в области сжигания аммиака, уделив особое внимание применению пористых сред для повышения эффективности этого процесса.

Неожиданный поворот в энергетике

Парижское соглашение 2015 года, направленное на ограничение роста глобальной температуры, стало отправной точкой для поиска альтернатив углеводородам. Европейский Союз, внедряя такие меры, как CBAM (механизм корректировки углеродных границ), постепенно вынуждает промышленность искать новые решения. И здесь на сцену выходит аммиак — неожиданный, но весьма практичный кандидат.

Что делает аммиак таким интересным? Во-первых, он содержит 17,8% водорода по массе и может производиться из возобновляемых источников. Во-вторых, у него уже существует развитая инфраструктура производства и транспортировки — ведь последние сто лет его активно использовали как удобрение и хладагент. В-третьих, аммиак можно хранить при комнатной температуре под относительно низким давлением (менее 10 бар), что делает его более практичным, чем чистый водород.

Преодоление трудностей

Однако не все так просто. Сгорание чистого аммиака сопряжено с рядом сложностей: низкая скорость горения, узкие пределы воспламенения и высокая энергия, необходимая для воспламенения. При этом, хотя при сгорании аммиака не образуется углекислый газ, появляется другая проблема — оксиды азота, которые могут быть серьезным экологическим фактором.

Интересно, что в начале перехода к декарбонизации предполагается использовать смеси природного газа с аммиаком. Такой подход позволяет постепенно снижать выбросы CO₂, одновременно решая проблемы, связанные с горением чистого аммиака. Метан, входящий в состав природного газа, улучшает характеристики горения аммиака, делая процесс более стабильным.

Пористые среды: секрет успеха

Одним из самых перспективных направлений исследований оказалось использование пористых сред для сжигания аммиака. Эта технология позволяет значительно улучшить характеристики горения: увеличить температуру, расширить пределы воспламенения, повысить стабильность пламени и увеличить плотность мощности. По сути, пористые материалы создают условия, при которых энергия продуктов сгорания эффективно возвращается к реагентам, создавая самоподдерживающийся процесс.

Однако моделирование процессов горения в пористых средах остается сложной задачей. Существующие вычислительные модели могут качественно описывать процессы, но количественные результаты часто расходятся с экспериментальными данными. Это указывает на необходимость дальнейшей разработки химических механизмов, описывающих горение аммиака в таких условиях.

Безопасность и экология

Важно не забывать, что аммиак — токсичное вещество. Его транспортировка и хранение требуют соблюдения особых мер предосторожности. С точки зрения опасности он более чем в три раза превосходит метанол и дизельное топливо. При попадании в воду может нанести вред водной флоре и фауне.

Особую озабоченность вызывает образование закиси азота (N₂O) при сжигании аммиака. Этот газ обладает парниковым потенциалом, в 300 раз превышающим потенциал углекислого газа. Таким образом, переход от одной экологической проблемы к другой может стать реальной угрозой, если не будут разработаны эффективные методы снижения таких выбросов.

Будущее за аммиаком?

Несмотря на все сложности, интерес к аммиаку как топливу растет экспоненциально. Согласно данным Scopus, количество публикаций по этой теме резко увеличилось с 2020 года, что совпадает с ужесточением законодательства по выбросам CO₂. Если раньше исследования аммиака как топлива были редкостью, то сегодня они становятся мейнстримом.

Внедрение аммиака в качестве широко используемого топлива – не просто техническая задача. Как отмечают исследователи, это требует разработки новых, более строгих норм безопасности на всех этапах: от производства и хранения до транспортировки и непосредственного использования. Существует и философский аспект: человечество, решая проблему CO₂, должно быть крайне внимательно, чтобы не создать новую экологическую проблему, связанную с ростом выбросов азотных соединений в атмосферу и почву. Дальнейшее изучение глобального азотного цикла становится неотъемлемой частью развития “аммиачной экономики”.

Таким образом, сжигание аммиака в пористых горелках, как показано в обзоре международной группы ученых, представляет собой многообещающее направление для создания экологически более чистых энергетических систем. Технология демонстрирует потенциал для преодоления ключевых недостатков этого безуглеродного топлива, открывая путь к его практическому применению в борьбе с изменением климата. Однако успех будет зависеть от решения сложного комплекса научных, технических и экологических задач.

В создании данного обзора принимали участие: Ирэн Макарян – группа конъюнктурных и технико-экономических исследований, Игорь Седов лаборатория нефтехимических процессов, Евгений Салганский – лаборатория горения в высокоскоростных потоках

совместно с коллегами из Университета им. Федерико Санта-Мария (Вальпараисо, Чили)

Iren A. Makaryan, Igor V. Sedov, Claudio Munoz-Herrera, Mario Toledo, Eugene A. Salgansky // Combustion of ammonia-blended fuels in porous media burners, with storage and distribution implications: A review// Renewable and Sustainable Energy Reviews
Volume 220, September 2025, 115884, IF=16.3

https://doi.org/10.1016/j.rser.2025.115884