航空减碳 氨气可望成为未来喷射机燃料

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，可見氨氣是可以做為航空燃料使用。(圖/NASA)

「反应发动机」实验室(Reaction Engines)与英国科学技术设施理事会（STFC），完成了关于「氨气做为航空燃料实用性」的概念研究。他们希望发展一种可持续的、低排放的喷射发动机推进系统，一但成功，将是航空业的一大技术变革。

减碳已成为国际环保共识，因此各国政府都在优惠与鼓励电动交通工具的发展，比如电动汽车、电动机车，以及电动船等等，然而航空业的电动化就比较困难，虽然直升机与螺旋桨飞机也可以用电动马达取代燃油引擎，但是喷射机就很难取代，因为喷射机需要燃烧产生大量推进的气体，这就需要航空汽油这样子，具有很高的能量密度的燃料，航空汽油很类似煤油，这种燃料甚至可以推升太空火箭。

不幸的是，此类燃料的能量来自高碳链，燃烧过程会产生大量的二氧化碳排放，据统计，航空业所造成的全球碳排放量达到10%，这不令人讶异，每分每秒都有飞机在天上航行。

若要削减喷射机的排碳，似乎只有寻找无碳燃料一途，问题在于，无碳燃料的能量密度，都比标准航空汽油来的低，也就是力量不足。

液态氢可能是一种可行的替代方法，可是氢气不易携带，它也很容易外泄，还必须完全重新设计飞机并建造新的基础设施。

「反应发动机」实验室则想到氨气，氨的化学式是NH3，它在一般情况下不会燃烧，但是在纯氧的环境则会，有可能是一种不错的航空燃料。

其实，使用氨气作为航空燃料的想法并不新鲜，早在1950年代，美国航太总署发明的X-15火箭飞机就使用氨气与液态氧的组合来推升，成功达到6马赫以上，并进入110公里高度的太空。这型飞机是航太总署早期的太空人训练机，第一位登月太空人尼尔阿姆斯壮也曾多次驾驶X-15。

比较大的问题在于它需要配合纯氧才能有效燃烧，如果未来的飞机都要携带液态氧，那将很不方便。为了解决这个问题，「反应发动机」实验室，开发一种新的推进系统，在这个新系统中，氨气以冷却、加压的液态形式存储在飞机机翼中，就像今天大多数的飞机一样。然后有一组化学反应器中，会把氨气(NH3)分解成氢与氮气，氢气的燃烧效应就相当高，然后，氨/氢混合物，被送入喷气发动机里，在那里它像常规燃料一样燃烧，排放出大量气体推进飞机，但是却不会有二氧化碳在其中。

「反应发动机」实验室的工程负责人詹姆斯‧巴尔兹博士(James Barth)说：「我们的研究表明，可以从目前的航空发动机，改装成以氨气燃料的形式，差别只在燃料供应系统。我们目前也在试着这么做，这意味着飞机可以很快的从燃烧汽油快速过渡到燃烧氨气。」

他还说：「制氨早已经是各国化学工业很熟悉的事情，因此氨气燃料也相当便宜，以低成本实现可持续航空的未来是可能的，我估计使用氨燃料的喷射飞机，可能会在2050年之前就问世。」