摘 要

随着化石燃料的不断开采利用，地下石油的储量越来越少，因此，寻找石油的替代品已成为重中之重。金属纳米燃料、氢能、生物燃料被认为是未来化石燃料的替代能源。金属纳米燃料有高的体积能量密度、燃烧过程中不产生任何温室气体，然而，金属纳米燃料并不是自然存在的，从金属纳米燃料的整个生命周期分析其能量消耗，与化石燃料进行对比，比较其作为燃料投入能量与产生能量的比值，是验证其能否作为内燃机燃料的有效方法。

本文将整个生命周期分析铁纳米燃料作为内燃机燃料是否可行，比较它和传统的化石燃料作为内燃机燃料的优缺点和对环境产生的影响。铁作为内燃机燃料的生命周期包括几个过程：金属铁的制备，铁纳米燃料的制备，燃烧过程。首先，根据纳米铁粉和柴油的燃烧实验，观察到混合金属纳米的燃料燃烧更迅速，结合所查阅文献中做过的实验，可知金属纳米颗粒能促进燃烧，改善柴油的燃烧性能，可以证明铁纳米燃料作为内燃机燃料是可行的。通过查阅众多资料和文献可知，可知，铁纳米颗粒作为内燃机燃料比化石燃料对环境产生的影响要大。从环境的角度来看，铁纳米燃料不如化石燃料；通过对比数据，整个生命周期下，铁纳米燃料的能量消耗比化石燃料要大。获得单位能量铁纳米燃料需要投入的能量要多。因此，从能量的角度，铁纳米燃料不如化石燃料效率高。

关键词：金属纳米燃料；可行性；环境影响

Abstract

With the mining of fossil fuel, underground petroleum reserves less and less, therefore, to explore alternatives to oil has become priority. Metal nano fuel, hydrogen power, biofuels are considered to be the future fossil fuel alternatives. Metal nano fuel have high volume density, does not produce any greenhouse gas in the combustion process, however, metal nano fuel is not naturally occurring, the entire life cycle of the metal nano fuel to analyze its energy consumption, compared it with fossil fuels, compare the ratio of energy, are the most effective methods to verify its place as the motor fuel.

In this paper, the whole life cycle analysis of the feasibility of iron nano fuel for internal combustion engine, compare it’s advantages and disadvantages with traditional fossil fuel for internal combustion engine fuel and the influence on environment. Iron as internal combustion engine fuel life cycle includes several processes: the preparation of metallic iron, iron the preparation of nanometer fuel, combustion process. First of all, according to the nanometer iron powder and diesel combustion experiment, observed the mixed metal nano fuel burning more quickly, experiment, which done in the literature of the combination of known metal nanoparticles can promote combustion, improve the combustion performance of diesel, iron nano fuel for internal combustion engine has been proved to be feasible. Through many data and literatures, the knowable, iron nanoparticles as a motor fuel is bigger than the impact of fossil fuels to the environment. From the point of view of environment, iron nano fuel than fossil fuel. By comparing the data, the whole life cycle, the energy consumption of iron nano fuel is bigger than fossil fuels. Get iron nano fuel requires energy per unit of energy. Therefore, from the Angle of energy, iron nano fuel than fossil fuels with high efficiency.

KEY WORDS: nanometallic fuels; feasibility；environmental impact

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 Fe纳米燃料作为内燃机燃料的背景、意义 1

1.2 国内外研究现状及金属纳米颗粒的制备技术 2

1.3本章小结 3

第2章 纳米颗粒作为内燃机燃料的可行性分析 4

2.1 Fe纳米燃料的优缺点探讨 4

2.2流态纳米铁粉燃料的燃烧试验 5

2.2.1试验材料及方法 5

2.2.2试验结果 5

2.3 金属纳米颗粒作为内燃机燃料的可行性分析 6

2.4本章小结 7

第3章 整个生命周期对比金属纳米颗粒和化石燃料的能耗及排放 9

3.1制造铁、铝金属过程消耗的能量 9

3.2制备金属纳米燃料过程的能量消耗 10

3.3循环系统的能量消耗 11

3.3.1直流系统 11

3.3.2可持续性和回收系统 11

3.4整个生命周期的能量消耗 12

3.5对环境的影响 12

第4章 总结 14

参考文献 15

致 谢 17

第1章 绪论

1.1 Fe纳米燃料作为内燃机燃料的背景、意义

近年来，温室气体的大量排放导致全球气候变暖，引发了人们对环境问题的关注，其罪魁祸首就是化石燃料的使用。目前全球主要的能量来源是化石燃料，然而随着这些年的不断开采使用，地下能源的储量越来越少，寻找化石燃料的替代品成为当务之急。不可再生能源越来越少，可再生能源的使用量在逐渐增多,可再生能源包括生物质能、风能、水力发电和太阳能等，但是这些可再生能源的使用又有一定的限制条件，只有满足一定的地里和气候条件才可以，而这些地区基本都不是能耗高的地区，即工业区、高人口密度城市区。二次能源具有很大的开发前景，其中又以氢能最引人关注，现在制氢的能量来源基本都是化石燃料，制氢的最普遍做法是电解水，而电能主要也是通过燃烧化石燃料而制得。其它的有关氢能储存、运输和利用的技术目前还不成熟，而且氢能制造、运输、保存的过程又都需要昂贵的费用，这使得氢能在近期内无法大量使用。现状最主要的能量载体无疑是电能，电能经过长期的发展，现在可以通过电池或者电容器实现远距离输送。目前有观点提出，纯电动汽车和混合动力汽车比氢动能机车在短期内更可行。然而，纯电能汽车和混合动力汽车的应用也存在着一些问题，像较长的充电时间、带电量少、有限的贵重金属资源等。综上所述，对于可行新能源载体的研究实验仍是目前最具有挑战性的课题之一。

本文就是系统的讨论铁纳米燃料是否具有作为内燃机燃料的可能性，从最初的铁矿石阶段，到加工成金属，再制成金属纳米燃料，和化石燃料进行对比。结合现状和技术，得出结论，本文将重点讨论作为燃料铁纳米颗粒的能量消耗，投入产出能量的比值，得出在目前的技术条件下，铁纳米燃料是否能够成为内燃机燃料。