Come si può far funzionare un motore usando l'azoto liquido?

L'azoto liquido, dopo il riscaldamento, bollirà e si espanderà per produrre un volume molto più grande di gas. A causa di questa espansione, può essere utilizzato in un dispositivo a turbina o in un altro ciclo di espansione del gas senza combustione. Il rapporto di espansione dell'azoto liquido al punto di ebollizione rispetto a un gas a temperature e pressioni atmosferiche è di circa 700:1, che corrisponde a circa 0,7 MJ/gallone di energia praticamente utilizzabile, supponendo che si scambi con la pressione atmosferica. Al contrario, il LHV dell'etanolo è di circa 15 MJ/gallone. È quindi una soluzione a bassissima densità nel migliore dei casi.

Ci sono molti altri problemi con questo approccio, tuttavia. Comincia con la distribuzione. Le condutture a vuoto necessarie per l'azoto liquido sarebbero proibitive e il trasporto come gas annullerebbe l'intero scopo di usarlo come mezzo di stoccaggio dell'energia. I centri di distribuzione regionale potrebbero essere costretti a gestire i propri impianti di separazione dell'aria. Non che ci sia una grande barriera tecnica per farlo, ma sarebbe più costoso che farlo con grandi economie di scala. Ottenere i serbatoi di carburante giusti è un altro problema; il contenuto di energia utilizzabile è una piccola frazione della densità volumetrica di energia della benzina, quindi mentre non peserà molto sarà molto più ingombrante, il che porta a problemi quando il tuo serbatoio di carburante deve essere ridicolmente pesante e isolato.

Espandere l'azoto richiede lo sfruttamento del calore ambientale. In California questo non sarà un problema, ma mi sto immaginando un inverno a nord di New York e mi chiedo da dove verrà il calore, per non parlare di come evitare che si formi uno strato di ghiaccio sullo scambiatore.

C'è anche la sicurezza... i serbatoi a vuoto non sono noti per la loro resistenza alla perforazione e un flusso di azoto liquido da un serbatoio in frantumi è la materia dei miei incubi, o dei film di James Bond.

Anche i materiali nell'auto e la loro sicurezza. Durante un incidente l'azoto liquido fuoriuscito metterà la maggior parte dei materiali termoplastici HDPE e PP usati nelle auto al di sotto della loro temperatura di transizione vetrosa, rendendoli più fragili. Anche l'acciaio dell'auto potrebbe perdere forza alle basse temperature. E come sa chiunque abbia mai lavorato con l'azoto liquido, sia l'assorbitore di calore che il gas di scarico saranno molto molto freddi, e causeranno nuvole di vapore acqueo condensato che usciranno da un'auto con azoto liquido.

Infine, il gas in una soluzione con l'azoto liquido potrebbe essere problematico. Quando giocavamo con l'azoto liquido, condensavamo l'ossigeno e altri gas ambientali in contenitori raffreddati dalla roba fredda. Non so come funziona la corrosione a basse temperature, ma non mi piace la prospettiva dell'ossigeno liquido in soluzione.