液氮发动机

液氮车辆由储存在罐中的液氮提供动力。传统的氮气发动机设计通过在热交换器中加热液氮，从环境空气中提取热量并使用产生的加压气体来操作活塞或旋转马达来工作。由液氮驱动的车辆已被证明，但尚未在商业上使用。1902年展示了一种这样的车辆，液体空气。液氮推进也可以结合在混合动力系统中，例如电池电力推进和燃料箱以给电池充电。这种系统被称为混合液氮电推进。此外，再生制动也可以与该系统结合使用。液氮汽车的一个优点是废气只是氮气，它是空气的一种成分，因此它不会在尾气排放中产生局部空气污染。这并不能使其完全无污染，因为首先需要能源来液化氮，但液化过程可以远离车辆操作，原则上可以由可再生能源或清洁能源提供动力。

液氮由低温或反向斯特林发动机冷却器产生，该冷却器将空气的主要成分氮(N2)液化。冷却器可以由电力或通过水力或风力涡轮机的直接机械工作提供动力。液氮被分配并储存在绝缘容器中。隔热层减少了流入储存氮气的热量；这是必要的，因为来自周围环境的热量会使液体沸腾，然后转变为气态。减少流入的热量可以减少储存过程中液氮的损失。存储要求阻止使用管道作为运输工具。由于长距离管道由于绝缘要求而成本高昂，因此使用远距离能源生产液氮的成本很高。石油储量通常距离消耗很远，但可以在环境温度下转移。液氮消耗本质上是反向生产。斯特林发动机或低温热机提供了一种为车辆提供动力的方法和一种发电方式。液氮还可作为冰箱、电气设备和空调装置的直接冷却剂。液氮的消耗实际上是沸腾并将氮返回到大气中。在迪尔曼发动机中，氮气通过与发动机气缸内的热交换流体结合来加热。2008年，美国专利局授予了一项关于液氮动力涡轮发动机的专利。涡轮机使喷入涡轮机高压部分的液氮闪蒸膨胀，膨胀的气体与进入的加压空气结合，产生高速气流，从涡轮机后部喷出。产生的气流可用于驱动发电机或其他设备。该系统尚未被证明可以为大于1kW的发电机供电，但可能有更高的输出。

1902年展示了一种由液氮驱动的车辆，即液态空气。2016年6月，英国伦敦超市J.Sainsbury的食品配送车队将开始试验：当车辆静止且主发动机关闭时，使用Dearman氮气发动机为食品货物的冷却提供动力。目前，送货卡车大多配备第二台较小的柴油发动机，以便在主发动机关闭时为冷却提供动力。

液氮生产是一个能源密集型过程。目前，生产几吨/天液氮的实用制冷设备以大约50%的卡诺效率运行。目前，过剩的液氮作为生产液氧的副产品产生。

任何依赖于物质相变的过程将具有比涉及物质中化学反应的过程低得多的能量密度，而后者又比核反应具有更低的能量密度。作为能量储存器的液氮具有较低的能量密度。相比之下，液态烃燃料具有高能量密度。高能量密度使运输和存储的物流更加方便。便利性是消费者接受度的一个重要因素。石油燃料的方便储存及其低成本已取得了无与伦比的成功。此外，石油燃料是一种主要能源，而不仅仅是一种能量储存和运输介质。能量密度——源自氮气的等压汽化热和气态比热——理论上可以在大气压和27°C环境温度下由液氮实现，约为每公斤213瓦时(W·h/kg)，而在实际情况下通常只能达到97W·h/kg。相比之下，锂离子电池为100–250W·h/kg，以28%的热效率运行的汽油内燃机为3,000W·h/kg，是卡诺效率下使用的液氮密度的14倍。为了使等温膨胀发动机具有与内燃机相当的范围，需要一个350升（92美制加仑）的隔热车载存储容器。实用的容量，但比典型的50升（13美制加仑）汽油箱显着增加。添加更复杂的动力循环将减少这一要求并有助于实现无霜运行。然而，目前还没有将液氮用于车辆推进的商业实践实例。

与内燃机不同，使用低温工作流体需要热交换器来加热和冷却工作流体。在潮湿的环境中，结霜会阻止热流，因此是一项工程挑战。为了防止结霜，可以使用多种工作流体。这增加了顶部循环，以确保热交换器不会低于冰点。为了实现无霜运行，将需要额外的热交换器、重量、复杂性、效率损失和费用。

无论氮燃料箱的隔热效果如何，都不可避免地会因蒸发到大气中而造成损失。如果将车​​辆存放在通风不良的空间，则存在泄漏氮气可能会降低空气中的氧气浓度并导致窒息的风险。由于氮气是一种无色无味的气体，已占空气的78%，因此很难检测到这种变化。如果溢出，低温液体是危险的。液氮会导致冻伤，并使某些材料变得非常脆。由于液氮的温度低于90.2K，因此大气中的氧气会凝结。液氧可以与有机化学物质发生自发的剧烈反应，包括沥青等石油产品。由于这种物质的液气膨胀比为1:694，如果液氮迅速汽化，会产生巨大的力。