氨燃料内燃机排放的硝酸铵纳米颗粒：零碳燃料的潜在环境风险

本研究首次揭示氨燃料内燃机(ICE)燃烧过程中会释放大量硝酸铵(NH4 NO3 )超细颗粒(UFP)，通过SMPS和MOUDI采样结合ATR-FTIR、TEM-EDS等多维表征技术，证实其粒径分布在6.15-224.7 nm，浓度达106 particles/cm3 ，为碳中和背景下氨燃料的环境评估提供关键数据。

　　

在碳中和背景下，氨(NH₃
)作为零碳燃料备受关注，但其燃烧产生的潜在污染物尚未完全明晰。传统认知认为氨燃烧仅排放NH₃
、NO_x
等气态污染物，而颗粒物排放可忽略。然而这项发表在《Journal of Aerosol Science》的研究颠覆了认知——美国明尼苏达大学团队首次发现，氨燃料内燃机竟会释放大量硝酸铵纳米颗粒，这种"隐形污染"可能对环境和健康构成新威胁。

研究团队改装了Cummins ISB6.7单缸发动机，在1200/1800 RPM、50%负载条件下运行。通过扫描电迁移粒径谱仪(SMPS)测得颗粒呈单峰对数正态分布，几何平均直径28.9-30.6 nm，浓度高达2.5-3.4×10⁶
particles/cm³
。更惊人的是，显微红外光谱(ATR-FTIR)在829 cm^-1
和1439 cm^-1
处发现特征峰，与标准NH₄
NO₃
谱图完全匹配。

为追溯成因，研究者采用微孔均匀沉积冲击器(MOUDI)分级采样，结合多种尖端表征技术：

1. 拉曼光谱在1043 cm^-1
   处检出NO₃
   ^-
   振动峰
2. 透射电镜(TEM)观察到核心-壳层结构的不稳定"气泡状"颗粒
3. 能谱(EDS)测绘显示氮氧富集核心被硫、镁等润滑剂添加剂包裹
4. X射线光电子能谱(XPS)在407 eV处确认NH₄
   ⁺
   特征峰

研究发现这些纳米颗粒主要通过异相成核形成：未燃尽的NH₃
与NO₂
在排气管中反应生成NH₄
NO₃
蒸气，随后吸附到润滑油燃烧产生的金属灰分颗粒上。TEM图像清晰显示，硝酸铵核心被含硫、钙的润滑剂残留物包裹，这种结构使得颗粒在电子束下快速挥发，解释了为何以往研究难以捕获。

该研究首次量化了氨燃料的颗粒排放特性：

1. 比排放量达1.13-1.25 mg/kWh，与富氢燃料相当

2. 颗粒含5.6-6.7%的氮元素，主要来自NH₄
   NO₃

3. 检测到11.6%的硫含量，源自润滑油添加剂

这些发现改写了"氨燃烧无颗粒污染"的传统认知，揭示了氮基燃料特有的环境风险。NH₄
NO₃
纳米颗粒不仅可能影响大气化学，其高渗透性还可能带来新的健康隐患。研究者建议未来应重点研究：

1. 不同燃烧模式下NH₄
   NO₃
   生成动力学
2. 排气后处理系统对硝酸铵颗粒的拦截效率
3. 开发针对氮基颗粒的在线检测技术

这项研究为氨燃料发动机的环保设计提供了关键基准数据，标志着碳中性燃料评估进入"全污染物"监管新时代。随着氨燃料在船舶、发电等领域的应用拓展，这些发现将指导更全面的排放控制策略制定。