自工業革命以來，化石燃料——煤炭、天然氣和石油——一直是主要的能源來源，在過去幾十年中占能源總量的大約80%[1]。它們的廣泛使用是溫室氣體（GHG）排放的主要來源，主要來自能源、工業、建筑、交通、農業、林業和其他土地利用領域[2]。其中，交通部門貢獻了大約15%的總GHG排放量和約23%的全球能源相關二氧化碳（CO2排放量，而道路運輸——主要依賴于內燃機（ICEs）——占據了主導地位[3]。
減少碳排放的需求推動了內燃機技術的持續改進和實施[4]、[5]、[6]，如表1所示。然而，許多基于發動機的技術進步伴隨著成本增加和系統復雜性的提高[7]，這重新激發了人們對基于燃料的改進措施的興趣，以減少內燃機對環境的影響[8]。在汽車領域，電動汽車（EVs）被認為是替代內燃機的可行選擇[9]，但EVs仍面臨諸多挑戰[10]、[11]。值得注意的是，當前電池技術的能量密度低于碳氫燃料[12]，這繼續限制了EVs在道路運輸中的應用。
柴油發動機，也稱為壓縮點火（CI）發動機，在道路運輸領域發揮著重要作用，尤其是在重型應用中[14]。然而，它們也是由于尾氣排放而造成環境污染的主要來源之一[15]。除了GHG排放外，化石燃料儲備的枯竭使得轉向替代燃料變得至關重要[16]、[17]、[18]。因此，已經探索了多種策略，包括發動機改造、替代燃料和添加劑，以減少CI發動機的尾氣排放[19]。
這促使研究人員探索替代燃料（如甲烷、氫氣、生物柴油和氨）在CI發動機中的潛力[20]、[21]、[22]。雖然在使用氫氣作為CI發動機燃料時存在一些挑戰，例如燃燒不穩定性、噴射器設計、高反應性、爆炸性、儲存問題以及NOx的形成[23]、[24]、[25]，但使用氨和生物柴油作為燃料[21]、[26]、[27]、[28]顯示出減少碳排放的巨大潛力[29]、[30]、[31]。因此，采用先進改造和雙燃料運行的CI發動機車輛在減少交通運輸領域的GHGs方面具有巨大潛力[12]。
生物柴油是一種來自生物來源的可再生燃料，包括廢棄食用油、植物油和動物脂肪[32]。它是通過酯交換過程生產的，在催化劑存在下，甘油三酯與醇（通常是甲醇或乙醇）反應生成脂肪酸甲酯（FAMEs）和甘油作為副產品[33]、[34]。原料的選擇對生物柴油的生產有顯著影響，極大地影響了其可持續性和碳排放[35]、[36]。然而，當生物柴油用于壓縮點火發動機時，存在一些限制，如高粘度[37]、較差的低溫流動性能[38]和高氧化不穩定性[39]。因此，生物柴油在CI發動機中以雙燃料模式使用，以減輕這些缺點并優化性能。
氨是一種無碳燃料，具有完善的生產和運輸基礎設施[40]、高辛烷值[41]、低煙塵和顆粒物排放[42]，以及適用于雙燃料和多燃料發動機運行的能力[43]，如圖1所示。此外，氨的能量密度相對高于氫氣和CNG，如表2所示，該表比較了氨與傳統燃料和替代燃料的物理和化學性質。此外，氨可以通過哈伯-博施過程（Haber–Bosch process）使用可再生能源合成，從而減少其環境影響[44]。
盡管有這些優勢，但將氨作為內燃機的單一燃料使用仍然具有挑戰性。其較低的火焰速度[45]、較低的低熱值（LHV）、較高的自燃溫度和較高的蒸發潛熱[46]導致點火特性較差，而NOx排放[47]以及需要專門的儲存和處理基礎設施[48]、[49]進一步限制了其應用。因此，大多數研究強調將氨與高反應性燃料（如汽油、柴油、甲醇、乙醇、天然氣、氫氣和生物柴油[26]、[50]、[51]、[52]、[53]、[54]）混合使用，以克服這些限制。當結合適當的燃燒控制策略時，還可以實現相對較低的NOx排放[47]，從而使氨能夠在燃氣輪機、內燃機和海洋應用中作為燃料使用[55]、[56]、[57]。因此，這些特性使氨成為未來重型運輸和發電領域有前景的替代燃料[48]。
關于氨作為燃燒發動機替代燃料的潛力，包括其與汽油、柴油、甲烷、甲醇、乙醇、H2和生物柴油的混合物，在現有的綜述研究中已經得到了廣泛探討，如表3所示。這些綜述提供了關于氨生產、燃燒機制、火焰速度和雙燃料發動機運行的寶貴見解。
然而，目前缺乏對三種混合物類別——氨-柴油（AD）、氨-生物柴油（ABD）和氨-生物柴油-納米顆粒（ABN）的系統和相互比較。因此，現有的綜述沒有提供（a）基于數據的三種混合物實驗結果的批判性綜合分析，即AD、ABD和ABN混合物，以及（b）在CI發動機運行下它們的相對性能和排放特性的比較評估。
因此，本綜述旨在：
•整合2019年至2025年間發表的關于AD、ABD和ABN燃料在壓縮點火發動機中應用的實驗研究。
•使用標準化指標定量比較這些燃料策略的性能和排放趨勢，以便進行一致的跨研究評估。
•識別制動熱效率、燃油消耗和受監管排放方面的權衡和趨同趨勢。
•通過整合實驗性能-排放趨勢和結構化的SWOT分析，確定和排名最可行的基于氨的雙燃料策略。
本綜述的獨特貢獻在于它整合了標準化的實驗數據集、基于散點圖的趨勢分析以及SWOT分析，并獨特地建立了三種混合物的統計上可行的排名。這種方法超越了單純的敘述性綜合，能夠直接比較基于氨的燃料策略，并確定在壓縮點火發動機中近期和中期部署的最有前景的途徑。所得見解有助于推進替代燃料的采用，并支持更廣泛的可持續性目標，包括負擔得起的清潔能源（SDG-7）、可持續工業化（SDG-9）和負責任的資源利用（SDG-12）[67]。
本文的結構如下。第2節描述了綜述采用的方法論和排名框架。第3節討論了氨在CI發動機中的應用，包括氨-柴油、氨-生物柴油和氨-生物柴油-納米顆粒混合物，并詳細分析了性能和排放參數。第4節提出了考慮不同發動機參數的SWOT分析，并根據統計分析和討論對每種混合物進行了排名。第5節總結了主要結論，第6節提出了未來的工作方向和限制。
