氨为何难以在发动机中实现清洁燃烧？
氨气的核心问题在于难以点燃且燃烧缓慢。其自燃温度高、火焰传播速度慢，且实际可燃的燃料-空气混合气范围狭窄[1]。这意味着在标准发动机中，纯氨气往往无法稳定燃烧，尤其在冷启动或高速运转时。一项采用现代汽油直喷发动机的研究表明，为在大多数工况下实现稳定运行，研究人员不得不向氨燃料中添加至少10%（体积比）的氢气[2]。这种氢气充当"燃烧促进剂"，帮助火焰更快、更充分地扩散。
研究人员正在测试多种解决方案。除了将氨与氢气或其他碳氢燃料混合外，湍流射流点火、激光点火和低温等离子体点火等先进点火系统也在探索中，以强制氨燃烧[1]。一种颇具前景的新方法是“智能液气双流体共喷射系统”（iTFI），该系统在燃烧前将氨与空气更充分地混合，以提高稳定性和效率[1]。然而，这些技术仍处于实验室或早期原型阶段——目前尚无明确的优胜方案，也没有大规模发动机数据证明它们能在数千小时内可靠运行。
现实中的安全与供应链障碍是什么？
氨具有毒性和腐蚀性，这带来了尚未完全解决的安全挑战。2024年一项关于氨作为船用燃料的SWOT分析指出，主要弱点包括：需要制定更严格的安全规程、对船员进行专门的装卸与应急处理培训，以及现有船舶可能需进行发动机改造[5]。该分析同时指出，公众对氨安全性的接受度仍是未知数，而若这些问题未能解决，甲醇或氢等竞争性零碳燃料可能会超越氨[5]。
在供应端，最大的缺口在于目前几乎所有的氨都是“灰氨”——通过天然气生产并伴随大量二氧化碳排放。而利用可再生能源生产的绿色氨供应链，几乎尚未形成规模化存在[5][6]。一项针对氨燃料运输船的经济研究发现，安装独立燃料箱（以避免占用货舱空间）更具盈利性，但该商业方案对燃料价格高度敏感：氨燃料价格每变动25%，利润就会波动15%[3]。这意味着，在绿色氨实现低成本、大规模生产之前，氨作为燃料的经济性仍十分脆弱。
氨真的能算“清洁”吗——如果它会产生氮氧化物（NOx）？
燃烧氨不会排放二氧化碳，但可能产生大量氮氧化物（NOx）——一种有害的空气污染物。同一项发动机研究表明，在掺入10%氢气实现稳定运行的同时，添加废气再循环（稀释进气）可在保持发动机平稳运转的情况下，将氮氧化物排放量降低高达40%[2]。这令人鼓舞，但仅涉及单一运行工况；我们尚未掌握发动机全转速、全负荷及不同燃料配比下氮氧化物排放的全面数据。
另一层不确定性在于氨喷雾在发动机内部的表现。一项2026年关于液态氨在“闪沸”条件（燃料快速汽化）下的数值研究发现，液滴温度在距离喷油器几毫米内可能降至约235开尔文（-38°C）[4]。这种极端冷却会影响燃料与空气的混合及燃烧过程，而当前的计算机模型难以准确预测这一现象。该研究指出，实验验证仍在进行中[4]，这意味着我们尚未拥有可靠模型来设计既能减少氮氧化物又能降低未燃烧氨排放的发动机。
关于这些来源
该回答基于6篇经同行评审的研究——发表于2021年至2026年间，其中3篇为2024年及以后发表，2篇发表于Q1期刊，总被引次数达372次——这些研究是从8篇通过质量筛选的文献中选出的最具相关性的成果，而该8篇文献又源自一个包含超过5亿篇论文的数据库中所检索到的59篇论文。
本文引用的文献
氨作为可持续燃料：综述与创新策略
这篇2024年的综述指出，氨的高自燃温度、缓慢火焰速度及狭窄可燃范围是其主要燃烧障碍，并探讨了氢掺混、先进点火技术（等离子体、激光、湍流射流）以及新型iTFI喷射系统等应对策略。
氨燃料火花点火发动机的运行限制
在一项2021年针对现代汽油直喷发动机的实验研究中，氨燃料的稳定运行需要添加不超过10%（体积比）的氢气作为助燃剂；同时，引入废气稀释可将氮氧化物排放降低多达40%，且不影响运行稳定性。
基于氨燃料储存方式对氨燃料氨运输船的经济性评估
2021年一项针对氨燃料氨运输船（84,000立方米超大型液化气船）的经济分析发现，安装独立燃料舱（避免货物损失）比使用货舱作为燃料舱可多获利5310万美元；利润对氨燃料价格高度敏感（价格波动±25%会导致利润变化±15%）。
各向异性湍流模型在闪沸氨喷雾中的评估：面向清洁燃料与概念性电动汽车冷却系统
一项2026年关于闪沸条件下液氨喷雾的数值研究表明，液滴温度在距喷嘴数毫米内降至约235开尔文；V2F湍流模型在精度与效率之间取得了最佳平衡，但实验验证仍在进行中。
氨：一种清洁燃料，助力更清洁的未来
2024年对氨作为船用燃料的SWOT分析指出，其优势在于零二氧化碳排放和比氢更高的能量密度，但关键劣势包括生产依赖化石燃料、需要制定安全规程和船员培训，以及缺乏绿色供应链。
迈向绿色氨未来的路径
2022年关于绿色氨路径的视角强调，当前的氨生产仍以化石燃料为基础，全球需要建立基于可再生能源的绿色氨供应链，但这一体系尚未形成。