你能想象未来发动机不再“喝”汽油而是“吃”铁粉吗？

加拿大麦吉尔大学研究人员与一位欧洲航天局的科学家共同提出了一个新概念——利用与精白粉或糖粉差不多大的细微金属粒子来驱动外燃机。相比氢、生物燃料或者电池等，金属粉末更有望成为化石燃料的长期替代解决方案。

金属粉末燃烧器的概念图以及它广泛的可能应用领域

各种金属燃料的体积能量密度和重量能量密度，与电池，氢气，生物衍生燃料，和化石燃料（1千瓦ħ=3.6×106 J）的对比。使用的缩写：压缩天然气（CNG），液化天然气（LNG），压缩氢气（CH2G）和液体氢（LH2）。气体燃料用（○），液体燃料用（∇）和固体燃料用（□）表示。开口符号表示潜在的零碳排放的燃料。由美国能源部设定储氢材料的能量密度的目标示出用于比较（DOE H 2）。

金属粉末燃料循环。金属燃料可以用作能源商品交易和运输燃料。清洁能源用于减少金属氧化物变成金属燃料，然后金属燃料被输送和为运输和能源生产出售。这些金属氧化物可被收集并循环回到金属燃料，完成所述能量循环。

外燃机是工业时代燃煤蒸汽机的现代版本，广泛用于核电站、燃煤或生物质发电站。燃烧金属粉末也很常见，例如烟花的夺目色彩就来自其中添加的各种金属粉末，还有航天飞机的火箭推进剂。

麦吉尔大学官网发布的新闻公报称，该校机械工程学教授杰弗里·伯格索尔森带领的团队提出的这一设想利用了金属粉末的重要特性：燃烧时生成稳定的无毒固体氧化物产品，相对容易回收，而化石燃料则会排放二氧化碳并逃逸到大气中。

各种金属燃料与空气的稳定火焰与甲烷-空气火焰对比。火焰正在使用一个定制的本生灯（下图所示）进行稳定

金属 - 空气火焰稳定在麦吉尔金属燃料本生灯的示意图

他们用一个定制燃烧器证明，悬浮在空气中的细微金属粒子流燃烧时火焰稳定。据他们预测，金属粉末驱动的发动机的能量和功率密度将与目前的化石燃料内 燃机非常接近，有望成为打造未来低碳社会的一项有吸引力的技术。而铁将作为主要候选。冶金、化工、电子等行业每年产生数百万吨铁粉。回收铁的技术已经很成 熟，而且一些新颖的技术也能避免利用煤炭生产铁的传统方式所造成的二氧化碳排放问题。伯格索尔森说，下一步他们将建造一个燃烧器原型，连接到一台热力发动机上，力求将实验室成果转化为实用技术。

参与研究的欧洲航天局战略和新兴技术负责人大卫·贾维斯表示，这项技术为研发可在太空和地球上使用新型推进系统打开了大门。如果能证明铁粉燃料发动机几乎能达到零排放，将会带动更多的创新，成本也将进一步降低。

未来发展

当普通金属被加工成极细纳米颗粒，性质就会非常活跃。点燃它们，能释放出巨大能量，而且“零碳”。譬如给固体火箭少来点铝，就能获得一份额外的动 力。但将金属粉末燃料用于火箭发动机和用于汽车发动机是很不同的。燃烧瞬间的温度是否可控、燃料的流量是否均匀，能否在发动机中持续燃烧等，都是稳定和安全的关键。更重要的一点，虽然同等体积的金属燃料确实比汽油和柴油拥有高得多的热能，但它的重量也会非常可怕。

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