粉末金属燃料は単に鍋に入れるだけですか?

化石燃料が急速に消滅しつつあることは周知の事実です。 テクノロジーが進化するにつれて、テクノロジーはますます速く消えていきます。 現在の化石燃料への依存の多くは、輸送などの高エネルギー用途に関連しています。 燃料不足そのもの以外の理由で世界の交通機関が衰退する可能性は低いため、化石燃料の高いエネルギー密度を再現できるものを見つけることが不可欠です。 そうするか、振り出しに戻って世界の輸送の範囲全体を変えるかのどちらかです。

エネルギー、特に太陽光と風力は世界中で作り出すことができません。 伝統的に、エネルギーはその場で生成され、それを必要とする他の場所に輸送されます。 ゼロカーボンエネルギーキャリアとして提案されているソリューション、つまりバッテリーと水素にはすべて弱点があります。 バッテリーはかなり安全な選択肢ですが、エネルギー密度はかなり劣ります。 水素のエネルギー密度はより高いですが、その可燃性により、貯蔵や輸送には危険なほど揮発性があります。

最近、カナダのマギル大学の研究者グループが、将来のゼロカーボン燃料として金属粉末の使用を検討する論文を発表しました。 金属粉末は一次エネルギー源として使用できる可能性がありますが、彼らが提案する一時的な解決策は、金属粉末を風力や太陽光一次エネルギーによる二次電源として使用することです。

粉末燃料をエネルギー源として使用するという考えは新しいものではありません。 ルドルフ ディーゼルの 1800 年代後半のプロトタイプの 1 つは、近くのルール渓谷の鉱山に豊富に存在する資源である石炭粉塵で短期間動作しました。 エンジンを10分も作動させなかった後、スラッジがすでに蓄積していることに気づき、それが燃焼中に発生した灰によるものであると考えた。 石炭粉塵はドイツでさらにテストされましたが、結果はほぼ同じで、内部にスラッジが蓄積し、摩耗率が高くなりました。 石炭燃料の研究は第二次世界大戦後に米国で盛んになり、ディーゼルで作られた石炭スラリーの使用に焦点が当てられました。 それでも、灰のせいでピストンリングの摩耗が早くなりました。

数十年が経つにつれて、ディーゼル会社はより小さな石炭粒子の導入を実験し、ディーゼルの代わりに石炭粒子を水と混合することも試みました。 1980 年代に、米国エネルギー省は、水と石炭のスラリーの問題についてディーゼル会社と協力するプログラムを開始しました。 それらの企業の 1 つであるゼネラル・エレクトリックの一部門は 1990 年代初頭までに大きな進歩を遂げましたが、その頃には石油価格は下落していました。 DoE プログラムは廃止されました。

アルミニウムやその他の金属は、いくつかの理由から代替エネルギーとして魅力的な選択肢です。 最も重要なのは、エネルギー密度が高いことです。 花火やロケットブースターにアルミニウム粉末が使用される理由の一部はこれにあります。 金属は電池の負極の製造に使用できますが、金属空気電池は従来の燃料電池の出力密度と競合するためにはるかに大きくする必要があります。 よりリソース的に言えば、金属粉末は、インフラストラクチャーレベルから自動車エンジンに至るまでの直接燃焼のための独立した燃料として使用されます。

ただし、金属粉末を内燃機関の燃料として直接使用する場合には問題があります。 石炭粉塵やスラリーと同様に、アルミニウムや鉄粉の燃焼により固体の金属酸化物が生成されます。 これらの酸化物はエンジンをコーティングし、摩耗を早め、最終的にはピストンを汚します。

皮肉なことに、これらの固体金属酸化物が再生可能性の鍵であるということです。 これらは、風力や太陽光発電による既存のインフラを利用して収集し、粉末燃料にリサイクルすることができます。 しかし、小さくなればなるほど集めるのが難しくなります。 実際、リサイクルが効率的に行われない限り、金属粉末は石油やディーゼルの良い代替品とはなりません。

外燃機関は金属粉末燃料のより良い用途です。 燃焼システムは安全な距離から汚れ作業を行うことができます。 サイクロンで金属酸化物をろ過し、クリーンな熱だけをエンジンに送ります。 アルミニウムよりもさらに有望なのは鉄粉です。 アルミニウムよりも摂氏 1,000 度低く燃焼し、収集しやすい大きな酸化物粒子が生成されます。