L'ammoniac carburant idéal!

[invite61c21e86]

Le carburant synthetique, ca ne marche pas chatelot.
En 1946, les allemands en utilisaient plus du tout....

La synthese est trop longue et trop chere. Meme par rapport a l'hydrogene ou l'ammoniac.
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[alopex]

Hello!
Je vous soumet une nouvelle mouture de mon étude sur l'ammoniac carburant mise à jour à partir de vos commentaires. Merci de toutes nouvelles contributions à ce sujet.

[polo974]

2 solutions au problème du carburant hydrogène:
soit c'est un gaz et il faut un réservoir épais et lourd (ou le dissoudre dans un liquide ou solide lourd).
soit on alourdi ce gaz par ajout de carbone, d'azote, ou d'oxygène.

• le carbone ne donne pas de polarité, donc il en faut 7 à 12 pour rester liquide.
• l'azote, ben, ça craint un peu question santé, sinon, il y a l'hydrazine (boum!) ou les hydroxylhydrazine (on met un oxygène dedans pour calmer le jeu).
• l'oxygène qui permet à la fois d'alourdir la molécule et de la rendre polaire, ce qui permet d'avoir une molécule plus petite sans être à l'état gazeux à t° ambiante.

l'intérêt des carburants liquides, est qu'au fil de leur consommation, les atomes "de stockage" sont rejetés, donc plus besoin de les transporter (le poids carburant d'un avion de ligne c'est loin d'être négligeable).

dans tous les cas, le problème se situe à la source d'énergie pour le synthétiser, ce (biiiip) de carburant d'avenir...

[alopex]

L'un des pb de l'utilisation du NH3 mais aussi de H2 c'est la contraction lors de la combustion: 1 mole de mélange donne 0,85 moles de produits de combustion. On perd donc du travail de détente. Peut-on injecter de l'eau liquide en fin de compression pour compenser? L'eau se vaporise et la vapeur complète les produits de combustion. Cela suppose de pouvoir recycler l'eau par condensation partielle à l'échappement, sinon on est obligé de se trimbaler encore 100 l d'eau. Des avis?

[invite85b45ef5]

l'industrie productrice d'ammoniac utilise essentiellement le gaz naturel ou les gaz associés aux gisements de pétrole. Des ateliers de fabrication d'ammoniac de 1500 à 3000 tonnes jour sont courants (pays du golfe, Sibérie, Venezuela, USA).
En Chine il y avait, il y a peu de temps une fabrication à partir de charbon. Procédé abandonné ailleurs en raison d'un prix de revient trop élevé.
Il existe , il est vrai, de très rares usines de faible capacité qui travaillent avec de l'hydrogène obtenue par électrolyse. Mais les coûts de fabrication ont rendu cette méthode non rentable. Elle est cantonnée dans des régions enclavées disposant d'usine hydroélectriques sans débouchés suffisants, par exemple dans la Cordilière des Andes.
De ce fait, le coût de l'ammoniac est étroitement dépendant du prix du gaz naturel.
J'ajouterai que pendant la dernière guerre, jeune ingénieur, j'ai travaillé dans une usine qui fabriquait de l'ammoniac à partir d'hydrogène obtenu par électrolyse et comme nous ne disposions pas de carburant pour nos véhicules de service nous avons testé l'ammoniac comme carburant.
ça marche, mais c'est loin d'être merveilleux. La décomposition catalytique nécessaire est très difficile a stabiliser car la température des gaz d'échappement varie à chaque coup d'accélérateur et qu'une bonne partie de l'ammoniac se retrouve dans les gaz d'échappement et,........ ça se sent !



En Europe, mes fabrications d'ammoniac sont en nette régression et limitées aux pays disposant de gisements de gaz naturel (Norvège, Grande Bretagne)

[alopex]

Slt Felicha. J'avais déja lu tout expérience d'utilisation de NH3 dans un véhicule. Il est certain qu'un montage bricolé ne doit pas fonctionner de façon formidable...mais le seul fait que vous ayez pu le faire marcher me parait déja très intéressant.
Je pense qu'on peut avoir les mêmes perfs en faisant un moteur vraiment adapté à ce carburant:
- utiliser le froid de la vaporisation de NH3 pour refroidir l'air de charge du turbo à 5°C,
- augmenter le taux de compression 16:1 doit être possible sur un Otto vu la température d'autoinflammation élevée,
- injection d'eau liquide pour compenser la contraction du mélange.
Sans tout cela, j'ai pu estimer que le rendement du moteur tomberait de 35 à 20% ce qui peut expliquer que votre engin était poussif...

[alopex]

@Felicha:
Au fait, connais tu la méthode de synthèse directe du NH3 à partir du coke/charbon de bois?
Al2O3 + 3C + N2 => 2 AlN + 3 CO
2 AlN + 3 H2O => Al2O3 + 2 NH3
(utilisé en Norvège à Eydehavn jusqu'en 1975).

[alopex]

Hello

On s'est peu fourvoyés alors je réitère ma question. Lors de la combustion de NH3 après décomposition en N2 et H2, je fais
la réaction suivante:
N2 + 3 H2 + 1,5 O2 + 5,6 N2 => 3 H2O + 6,6 N2
Donc j'ai 11,1 moles de mélange qui donnent 9,6 moles de produits de combustion d'où un taux de contraction de de 0,865 ce qui affecte
évidemment le rendement (moins de travail de détente pour un même travail de compression).
DONC. Si j'injecte 1,5 H2O(liq) en fin de compression avant allumage, je récupère bien 1,5 H2O(gaz) au second membre et j'annule la contraction. Est ce exact?
Cela suppose que je puisse récupérer de l'eau par condensation des gaz d'échappement. Ca vous parait possible?

[invite0324077b]

transformer de l'eau pulverisé en vapeur est un moyen d'ameliorer le rendement de n'importe quel moteur diesel essence ou hydrogene

mais est ce que la fin de compression est le bon moment : j'ai peur que ca refoidisse la combustion et donc diminue le rendement

je prefererait injecter l'eau pulverisé en fin de combustion meme si la detente est deja commencé

pour la recuperation de l'eau pas de probleme pour une machine fixe : j'ai deja utilisé un reservoir de 200 litre comme pot d'echapement pour un groupe electrogene de 2kw : il se remplissait d'eau regulierement ...

mais pour un vehicule ca sera moins facile

[alopex]

Hello,
Merci pour tes commentaires Chatelot. Je retiens donc que le problème de la contraction après combustion peut se gérer par injection d'eau.
Que penses-tu des autres améliorations envisagées? (intercooler refroidi par évaporation du NH3, taux de compression majoré). Avec une modélisation certes un peu simpliste (cycle théorique), j'ai pu montrer qu'on pouvait atteindre le même rendement que pour un moteur à essence.

[invite0324077b]

exactement : la contraction en volume de la combustion de l'hydrogene n'est pas un handicap pour le rendement : il suffit de choisir un rapport volumetrique un peu plus grand et on a le bon rendement

l'idée de pulveriser de l'eau dans tous les moteur thermique est d'augmenter le raport volumetrique au dela de ce qui est tolerable sans eau avec les materiaux disponible

finalement n'importe quel combustible peur donner le meme rendement : meme le gaz de gazogene qui n'est pas apelé pour rien gaz pauvre peut donner un bon rendement en augmentant le rapport volumetrique : comme il est pauvre il suporte un plus fort rapport volumetrique sans auto allumage

l'injection d'eau pulverisé c'est encore mieux : c'est pour augmenter le rapport volumetrique meme avec un combustible riche

[alopex]

Hello,
Ce qui me parait très intéressant avec le NH3 par rapport à d'autres carburants alternatifs, c'est qu'il est sans CO2 (à l'utilisation) bien sur mais aussi les propriété frigorifiques qui permettent a priori des gains de rendement:
1) climatisation,
2) refroidissement poussé à l'intercooler qui permet d'augmenter le rapport volumétrique,
3) condenseur gaz/NH3 à l'échappement pour récupérer l'eau qui serait injectée pour "annuler" la contraction.

[alopex]

Suite:
Par contre, ce qui est embêtant, c'est l'énergie de décomposition que j'avais initialement sous-estimée. Enfin j'avais supposé que la chaleur des gaz d'échappement serait suffisante pour un réacteur de décomposition catalytique ce qui n'est pas le cas.
J'ai trouvé quelques liens qui semblent indiquer que la décomposition n'a pas besoin d'être totale mais qu'il faut un mélange avec une teneur en H2 de 5 à 10% pour obtenir une combustion stable. Du coup, il est surement plus simple de faire une électrolyse alcaline de NH3 qui perment en plus de récupérer H2 seul et donc d'enrichir le mélange dont le pci est autrement plus faible que celui de l'essence d'où moins de puissance à cylindrée égale.

[invite0324077b]

precise un peu ton electrolyse de l'ammoniac : si ca augmente le pouvoir calorifique c'est que ca demande de l'energie electrique ...

[alopex]

Hello,
Si tu décomposes NH3 thermiquement tu obtiens le mélange N2/H2. Si tu fais une électrolyse, tu obtiens N2 et H2 séparément (respectivement à l'anode et à la cathode). Du coup, tu peux ajouter de l'H2 pur dans ton mélange carburé et réduire ainsi ton excès de N2. Ca ne créé pas d'énergie, ça la "concentre" seulement en réduisant la proportion d'inerte.
Sinon l'électrolyse s'écrit:
2NH3(aq) + 6OH− → N2(g) + 6H2O + 6e−
6H2O + 6e− → 3H2(g) + 6OH−
soit au total:
2NH3(aq) → N2(g) + 3H2(g)
La différence des potentiels standard n'est que de 0,06V.

Voir à ce sujet l'article suivant
"On the use of ammonia electrolysis for hydrogen production"
Frederic Vitse, Matt Cooper, Gerardine G. Botte in Journal of Power Sources 142 (2005) 18–26.

[alopex]

Petit complément sur cette électrolyse:
Pour NH3, on a DG = n F DE = 6 . 96500 . 0,06 = 34,7 kJ/2mol donc DG = 17,3 kJ/mol
L'électrolyse alcaline de l'eau s'écrit:

H2O + 2 OH− → 0,5 O2(g) + 2 H2O + 2e−
2H2O + 2e− → H2(g) + 2OH− soit au total

H2O → H2(g) + 0,5 O2(g) avec DE=1,23V
Donc DG = n F DE = 2 . 96500 . 1,23 = 237,4 kJ/mol

Ce sont bien les valeurs d'énergie libre à 25°C qu'on trouve dans les tables thermodynamiques.
http://www.md.ucl.ac.be/didac/farm11...asc_Thermo.pdf

[invite0324077b]

0.06v ca veut dire qu'on peut mettre un grand nombre de cellule d'electrolyse en serie , et que l'electrolyse demandera une faible energie electrique

mais pour que la tension de fonctionnement soit aussi faible que la theorie , il faut de grande surface d'electrode : c'est encore un truc lourd qui ne m'inspire pas pour un vehicule

l'amoniac poura peut etre servir un jour de stockage d'energie dans une usine : la decomposition de l'amoniac par electrolyse est une idée pour alimenter une pile a combustible de bien meilleur rendement que le moteur thermique quand on est pas limité par le poid

je me demande meme si l'electrolyse de l'amoniaque et la pile a combustible ne pourait pas etre combiné en une seule cellule : la pile a combustible alimenté a l'amoniac ne fera que 0.06v de moins qu'a l'hydrogene

bien sur si c'etait aussi simple ca se saurait , mais ca merite de chercher un peu

[invite0324077b]

l'amoniac n'est vraiment pas un carburant ideal puisque pour en faire un combustible il faut des truc lourd et compliqué : sur un vehicule toute augmentation de poid produit un gaspillage d'energie : avant de penser au vehicule c'est pour le chauffage que l'amoniac peut etre un vecteur d'energie : la le poid n'a plus d'importance : la ou certain se font livrer 500kg de propane , se faire livrer 1000kg d'amoniac ne changerait pas grand chose , et l'electrolyseur que je ne trouve pas possible sur un vehicule serait possible en fixe

je pense vraiment que la premiere chose a faire est d'utiliser les combustible lourd pour le chauffage et de reserver le petrole qui reste pour les avions et les vehicules , et meme quand il n'y en aura plus il faudra faire du petrole artificiel pour que les vehicules restent leger

[alopex]

Ci-après un graphique issu d'une étude de l'armée américaine réalisée dans les années 60.
Comme on le voit on peut obtenir un fonctionnement "normal" avec une proportion d'H2 en masse de 4% ce qui suppose de décomposer 20% du NH3. On voit que même dans le meilleur des cas la puissance max reste sensiblement inférieure ce qui à mon avis s'explique par le pci inférieur du mélange stoechio. Par ailleurs, ils ont installé une culasse modifiée pour monter le rapport volumétrique à 12:1 mais on doit pouvoir monter beaucoup plus haut.

J'avais montré dans mon "mémoire" que la puissance thermique nécessaire pour un moteur de 30 kW est de 10,8 kW pour une dissociation à 100%. A 20%, la puissance de l'électrolyseur ne serait que de 2 kW soit une surconsommation de 6 kWt.

Je ne suis pas sur qu'un électrolyseur dans cette gamme de puissance est forcément un engin monstrueusement encombrant et lourd. Les US ont fait des essais avec un réacteur catalytique chauffé par les gaz d'échappement: ca marche à peu près en régime permanent, mais ca suit pas dans les régimes transitoires et c'est long à mettre en route.

[alopex]

@Chatelot:
D'accord avec toi sur les installations fixes: le NH3 se transporte facilement par pipeline et le réseau GDF pourrait sans doute être reconverti pour ce nouveau vecteur énergétique.

[invite0324077b]

ton idée d'electrolyse de l'amoniaque me donne des idée

il y a de l'amoniaque qui se perd dans l'eau des fosses septiques : la quantité est faible et aucun systeme compliqué ne peut etre rentable : mais un electrolyseur a basse tension incapable de decomposer l'eau fera de l'hydrogene et de l'azote bien separé tant qu'il y a de l'ammoniaque

[alopex]

Hello,
Alors, ça n'inspire plus personne?

[invite4133b735]

Bonjour,

Je suis intéressé par cette discussion.

Voici un lien qui peut être intéressant :

http://www.moteurnature.com/actu/une...?news_id=24143

Cela concerne une nouvelle méthode d'électrolyse de NH3.

Qu'en pensez vous?

Bonjour

Bienvenue sur le forum

Votre intervention est "hors sujet".
Le titre c'est: " L'ammoniac carburant idéal!" et non pas électrolyse de NH3
D'autre part, c'est un "déterrage" de 2008
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Celle ci est fermée.

La modération
Papykiwi

[Tropique]

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