С горением металлов мы сталкиваемся регулярно: порошок алюминия или магния используется как горючее в бенгальских огнях. Металлы также входят в состав твёрдого ракетного топлива. Учёные из Технологического института Джорджии и университетов Толедо и Виллановы предложили использовать наночастицы алюминия в качестве добавки к биотопливу – этанолу. Они продемонстрировали, что такая смесь выделяет при горении больше тепла, чем обычное топливо. Статья об исследовании была опубликована 22 марта в журнале Nanoscale Research Letters.

Частицы алюминия (50 нанометров в диаметре), а также его оксида Al₂O₃ (36 нанометров) смешивали с этанолом в разных пропорциях. В калориметрическую бомбу – прибор, позволяющий рассчитывать теплоту сгорания при использовании небольшого количества топлива, – помещали образец смеси этанола и наночастиц. Горение инициировалось электрическим разрядом и происходило в присутствии кислорода при давлении 20 атмосфер.

Оксид алюминия не принимает никакого участия в сгорании топлива. Исследователи пробовали добавлять в топливо от 0,5 до 5 процентов наночастиц оксида, и чем больше становилась его объёмная доля, тем сильнее снижалась теплоотдача топлива. В случае с наночастицами чистого алюминия влияние на теплоотдачу топлива зависит от объёма добавки. При внесении 1–3 процентов наночастиц алюминия никакого выигрыша нет, есть даже небольшое снижение количества выделяемого тепла. При внесении 5, 7 или 10 процентов алюминия теплота сгорания топлива линейно возрастает. Удельная теплота сгорания этанола, по данным авторов, – 21,67 мегаджоулей на литр, а при добавлении 10 процентов наночастиц алюминия – 25 мегаджоулей на литр.

В будущем авторы планируют изучить взаимодействие разных видов топлива с разными видами наночастиц в поисках более эффективных комбинаций. Они также собираются исследовать возможность добавления большего количества наночастиц алюминия в этанол. Это не такая простая задача, как может показаться, потому что при больших концентрациях не удаётся получить равномерную взвесь наночастиц в этаноле. Необходимо подобрать диспергирующие добавки, способные поддерживать стабильность суспензии.

Источник информации:

Matthew Jones, Calvin H. Li, Abdollah Afjeh and G. P. Peterson. Experimental study of combustion characteristics of nanoscale metal and metal oxide additives in biofuel (ethanol). – Nanoscale Research Letters. – 2011. – 6:246 doi:10.1186/1556–276X-6–246.