Группа исследователей из Университета МакГилла предложила снижать количество выбросов углекислого газа, сжигая металл. Учёные изучили характеристики горения металлических порошков, чтобы определить, какие из них могут стать жизнеспособной альтернативой ископаемому топливу и обеспечат более чистую энергию, нежели водород, биотопливо или электрические аккумуляторы.

Многие металлы кажутся обывателю несгораемыми (точнее, не способными к горению). Однако учёные измельчили их в порошок – настолько мелкий, что его можно сравнить с мукой или сахарной пудрой по размеру частиц.

Почти все порошки могут отлично гореть или даже взрываться при правильно смоделированных условиях.

Большая площадь поверхности порошкообразного вещества (по сравнению с обычным куском того же металла) повышает реакционную способность материала, поэтому многие порошки горят очень хорошо.

Именно по этой причине мукомольные фабрики так хорошо вентилируются:

малейшая искра в воздухе (даже от статического электричества) может привести к тому, что взвесь мелкой пыли взорвётся, и мельница взлетит на воздух не хуже склада боеприпасов. Это касается и сахара, и некоторых типов горных пород, а также металлов.

Особенность уже давно нашла практическое применение: так, железо или алюминий включены в красители для фейерверков и твёрдое ракетное топливо.

Цель канадских специалистов заключалась в том, чтобы адаптировать данные принципы для повседневного использования. По их мнению, металлические порошки вполне подойдут для двигателей внутреннего сгорания и тепловых двигателей (например, паровых).

В лабораторных условиях учёные обнаружили, что пламя, произведённое с помощью металлических порошков, похоже на то, что получается в результате сгорания углеводородного топлива, и подсчитали, что двигатели на порошке могут работать с той же выдачей энергии и мощности, что и обычные двигатели внутреннего сгорания.

Для этого необходимо получить ровное стабильное пламя. Команда спроектировала возможную конструкцию горелки, которая продувает воздух через поток металлического порошка. Эта смесь попадает затем в камеру сгорания, после чего циклонная камера выделяет образующийся металлический пепел и очищает азотный выхлоп. Полученное тепло тем временем используется для работы двигателя.

Исследователи уверены, что у использования металлических порошков в качестве топлива есть ряд преимуществ: их можно транспортировать без использования специальных резервуаров или криогенного охлаждения, они гораздо менее громоздкие, чем системы хранения водорода, и имеют более высокую плотность энергии, чем аккумуляторы. Технологию можно масштабировать как для использования в транспортных средствах, так и для запуска электростанций.

Ещё один плюс заключается в том, что в ходе горения металлические порошки превращаются в стабильные, нетоксичные твёрдые оксиды. Они легко собираются в отличие от того же CO2 и пригодны для вторичной переработки в чистые металлы, которые затем можно использовать вновь.

Наиболее вероятный кандидат для практического использования – железо. Мало того, что оно относительно недорого, так железные порошки и без того уже производятся миллионами тонн для металлургии, химической и электронной промышленности. В настоящее время учёные трудятся над созданием прототипа горелки, который можно будет подключить к тепловому двигателю, а также над разработкой безуглеродного процесса переработки металлов.

«Мы очень заинтересованы в развитии данной технологии, ведь двигательные системы, основанные на ней, можно будет использовать и на Земле, и в космосе, – говорит один из членов команды Дэвид Джарвис (David Jarvis), глава проектов стратегических и перспективных технологий Европейского космического агентства. – В будущем нам необходимо снизить отходы от ископаемого топлива, а наша технология может стать достойной альтернативой бензину и дизельному топливу с нулевыми выбросами углекислого газа».

Научная статья канадских исследователей была опубликована в журнале Applied Energy.