5 hydrogenforbrændingsmotorer, der er klar til at bryde normen

Hydrogenforbrænding er fremkommet som en af de mest lovende brændstofmuligheder, der tilbyder betydelig miljøværdi og ydeevne. På designniveau går disse motorer mere end fire årtier tilbage.

I 1970 patenterede opfinderen Paul Dieges en modificering, der gjorde det muligt for gasdrevne forbrændingsmotorer at køre på hydrogen. Siden da har teknologien gjort store fremskridt i sin evne til at drive køretøjer, biler og busser. Dens potentiale er så stort, at fremtidige kommercielle fly også kan tage hydrogen som deres primære brændstof.

I hydrogenforbrændingsmotorer brænder enten flydende eller gasformig hydrogen i en modificeret gasturbinmotor for at generere fremdrift. Denne proces spejler traditionel forbrænding, men med hydrogen som erstatning for den fossile brændstofmodpart.

Med sin stigende brug og betydning er der mange spekulationer om, hvilken HCE der har den mest spændende fremtid. I de følgende afsnit ser vi på fem hydrogenforbrændingsmotorer, som alle er klar til at bryde normen.

Cummins 15-liters hydrogenmotor

Cummins’ 15-liters motorplatform, som vi diskuterer, er brændstofagnostisk i sin kerne. Den er kompatibel med hydrogen, naturgas og diesel. Men når den anvendes med hydrogen, kan den virkelig bryde normen ved at blive den bedste version af sit lav‑til‑nul kulstofbrændstofkapacitetsområde og accelerere afkarboniseringen af tunge off‑highway‑applikationer til deres optimale niveau. 

Mens han talte om dens specialitet, sagde Antonio Leitao, vicepræsident for Cummins’ globale off‑highway motorforretning, følgende:

“Cummins’ helt nye platform løfter forbrænding til et nyt niveau, i stand til at opfylde fremtidige ultra‑lav‑emissionsstandarder såsom EPA Tier 5 og EU Stage 6, sammen med en lav‑til‑nul kulstofbrændstofkapacitet, der hjælper med at sætte bygge‑ og stenbrudssteder på en lavere omkostningsvej mod afkarbonisering. 15‑litersmodellen har en betydelig stigning i effekt‑tæthed med et mere kompakt installationsomfang, hvilket giver udstyrsproducenter mulighed for at gøre mere med deres maskiner.”

Hvis vi ser på det specifikke tilfælde af hydrogenmotoren, kommer den med direkte indsprøjtning, lean‑burn forbrænding med ydelser fra 400 til 530 hk (298‑395 kW) og et maksimalt drejningsmoment på 2600 N·m. Den trækker kraft fra CO₂‑fri grøn hydrogen og kan anvende et brændstoflagersystem med høj kapacitet på 700 bar for maksimal driftstid mellem påfyldninger. 

Versionen forventes at være i fuld produktion i 2027. Virksomheden vil producere disse motorer med 15‑liters og 6,7‑liters slagvolumen. 

Motoren har fået validering fra brancheinteressenter helt fra de tidlige dage. I januar 2022 besluttede Werner Enterprises (Nasdaq: WERN), en førende transport- og logistikudbyder, at begynde at validere og integrere (WERN ) Cummins’ 15‑liters hydrogenforbrændingsmotorer i sine køretøjer.

Cummins rapporterede sine resultater for fjerde kvartal og hele året 2023 den 6. februar 2024. Omsætningen i fjerde kvartal 2023 var 8,5 milliarder dollars, en stigning på 10 % i forhold til samme kvartal i 2022, mens omsætningen for hele året 2023 var 34,1 milliarder dollars, 21 % højere end i 2022.

Yamahas 5,0-liters V8 100 % hydrogen‑drevne motorer til Toyota

Toyota Motor Corporation (TM ) bestilte Yamaha Motor at udvikle hydrogenmotor af fremtiden. De fem virksomheder — Kawasaki Heavy Industries, Subaru Corporation, Toyota Motor Corporation, Mazda Motor Corporation og Yamaha Motor — besluttede at udføre samarbejdsforskning for at udforske og udvide udvalget af brændstofmuligheder for forbrændingsmotorer, der er egnet til kulstofneutralitet.

Mens han talte om udviklingen, sagde Yamaha Motor‑præsident Yoshihiro Hidaka:

“Hydrogenmotorer har potentiale til at være kulstofneutrale, samtidig med at vi bevarer vores passion for forbrændingsmotoren. At samarbejde med virksomheder med forskellige virksomhedskulturer og ekspertiseområder, samt at udvide antallet af partnere, er den måde, vi ønsker at lede vejen ind i fremtiden på.”

Ved præsentationsbegivenheden for motoren syntes den 5,0‑liters V8 at være baseret på 5,0‑liters motoren i Lexus RC F luksus‑sportscoupé, modificeret med indsprøjtningssystemer, cylinderhoveder, indsugningsmanifold og mere. Motoren kunne levere op til 450 hk ved 6.800 o/min og et maksimalt drejningsmoment på 540 Nm ved 3.600 o/min. Den højtydende 5,0‑liters 90‑graders V8 DOHC 32‑ventils motor blev konverteret af Yamaha til at bruge hydrogen. 

Ifølge deres årsrapport for 2023 registrerede Yamaha en gruppe‑omfattende konsolideret omsætning på 451,4 milliarder yen med en kerne‑driftsprofit på 45,9 milliarder yen.

Motoren til BMW iX5 Hydrogen

BMW har testet sit fremtidige køretøj siden 2023. Fra temperaturer på op til 45 °C til sand, støv, forskellige skråninger og varierende fugtighedsniveauer har virksomheden testet alt. Virksomheden finder også sin hydrogenbrændselscelleteknologi egnet til daglig brug under ekstreme under‑nul‑grader. 

Med hensyn til specifikationer kan BMW iX5 Hydrogen’s brændselscellet system konsekvent levere en høj ydelse på 125 kW/170 hk. 

Toyota Motor Corporation er blevet bestilt til at fremstille de enkelte celler for BMW Group. BMW Group-fabrikken i Landshut laver hylsteret til stakken, som er den anden fase i den totrins fremstillingsproces. Den første fase involverer stabling af cellerne og montering af de øvrige komponenter. 

De brændselsceller, der leverer ydeevnen på 125 kW/170 hk, er en innovativ kombination, der stammer fra BMW Groups Gen‑5 sortiment af eDrive‑teknologier og et specielt udviklet batteri. Når de kombineres, kan opsætningen levere en ydelse på op til 285 kW/401 hk. 

BMW Group har også været ansvarlig for udviklingen af de dedikerede hydrogenkomponenter, herunder den højopløsningskompressor med turbine og den høj‑spændings kølevæske‑pumpe. Den indre mekanisme i brændselscellen får hydrogenet fra tankene til at reagere med ilt fra atmosfæren for at producere elektricitet, der driver motoren. De to tanke i BMW iX5 Hydrogen kan indeholde i alt 6 kg af gassen og giver systemet en kørselsrækkevidde på 504 km i WLTP‑cyklussen. 

BMW-grupper anser også iX5-motoren for at være fremtiden for påfyldning, da hydrogenpåfyldning er hurtigere end opladning af en batterielektrisk bil. 

BMW’s samarbejde med hydrogen har været holistisk. Dets gruppe‑plantelogistik har brugt gassen siden 2013. Det var også virksomheden, der opførte Tysklands første indendørs hydrogenstation på Leipzig‑anlægget. PaintShop på Plant Leipzig er også involveret i pilotprojekter med brug af hydrogen i bilproduktion.

I 2023 rapporterede BMW Group en årlig omsætning på omkring 155,5 milliarder euro, en stigning på 9 % i forhold til 2022, hvor den lå på tæt på 143 milliarder euro. 

Volvos hydrogenforbrændingsmotorer med højtryksdirekte indsprøjtning (HPDI) teknologi

Volvo‑lastbilerne, der skal udstyres med en hydrogenforbrændingsmotor, vil have højtryksdirekte indsprøjtning (HPDI) teknologi, hvilket betyder, at en lille mængde tændstof, injiceret med højt tryk, kan muliggøre kompressions‑tænding, selv før hydrogen tilsættes. En af de mange fordele ved denne teknologi er, at den bevarer høje energiydeevne med lavere brændstofforbrug. Den sikrer, at motorens kraft ikke går på kompromis i processen. 

Volvo Group har allerede underskrevet en aftale med Westport Fuel Systems (WPRT ) om at etablere et joint venture, der udnytter HPDI‑teknologi, som forventes at blive operationelt i andet kvartal af 2024. 

Mens han uddyber Volvos strategi med sine hydrogenmotorer, sagde Jan Hjelmgren, chef for produktstyring og kvalitet hos Volvo Trucks, følgende:

“Lastbiler, hvor den traditionelle forbrændingsmotor forbliver, men kører på hydrogen, vil have samme ydeevne og pålidelighed som vores diesel‑lastbiler, men med den ekstra fordel af potentielt netto‑nul CO₂‑emissioner fra brændstof til hjul. De vil være et værdifuldt supplement til vores batterielektriske lastbiler, som har været på markedet i flere år.”

Kundetests med Volvo‑lastbiler, der bruger hydrogen i forbrændingsmotorer, vil begynde i 2026, og lastbilerne vil blive kommercielt tilgængelige mod slutningen af dette årti. 

HPDI‑teknologi er en transformerende tilføjelse til, hvordan vores transportsystemer vil fungere i fremtiden. Den tackler udfordringerne ved at opfylde de regulatoriske krav fra Euro 7 og US EPA for lastbil‑ og off‑road‑udstyrsproducenter globalt. 

Indsprøjtningsanordningen med et dobbelt koncentrisk nåldesign kan reducere 97 % af CO₂‑emissionerne. Det er grunden til, at lastbiler, der kører på denne teknologi, kan kategoriseres som “Zero Emission Vehicles” i henhold til de aftalte nye EU‑CO₂‑emissionsstandarder. Motorerne vil også producere meget små mængder kvælstofoxider og partikler. 

I 2023 voksede Volvo Groups valutajusterede nettoomsætning med 11 % til 552,8 milliarder SEK, og dens justerede driftsresultat steg til 77,6 milliarder SEK.

Klik her for at lære, hvad der for nylig gjorde hydrogen mere attraktivt som energikilde.

Hydrogenforbrændingsmotor udviklet i samarbejde af Kia og Hyundai

I et seneste skridt, der kan vise sig banebrydende, har Kia og Hyundai, to koreanske bilgiganter, indgået samarbejde om at designe en hydrogenforbrændingsmotor. Motoren kan være klar til personbiler i 2025. 

Rapporter antyder, at denne motor kan potentielt løse alle problemer med holdbarhed og storskalabilitet, som hydrogenmotorer hidtil har stået over for. Prototypen er en 180‑200 hk 2‑liters hydrogenmotor med drejningsmoment‑ og effektkurver, der kan sammenlignes med tilsvarende benzinmotorer i størrelse. Fordelen er, at hydrogenmotoren klarer sig langt bedre med brændstofforbruget. Motoren kan opretholde høj termisk effektivitet gennem hele driften ved at tilføre hydrogen til forbrændingskammeret ved et tryk på 30 bar.

For at styrke produktionen af motoren har Hyundai og Kia også indgået partnerskaber med flere leverandører. For eksempel har de underskrevet en forståelsesaftale med Next Hydrogen Corporation, et canadisk firma, der specialiserer sig i vandelektrolyseteknologi. Udviklingen af et alkalisk vandelektrolysesystem vil forbedre pris­konkurrenceevnen for ren hydrogen for Hyundai og Kia.

Virksomheden har også underskrevet en aftale med W. L. Gore & Associates (Gore) om fælles udvikling af avancerede polymer‑elektrolyt‑membraner (PEM) til hydrogenbrændselscellesystemer. PEM’en muliggør overførsel af protoner mellem elektroderne i brændselscellen. Da PEM’en blokerer den direkte kombination af indkommende hydrogen og ilt, sker der selektiv ledning af protoner, og der genereres en elektrisk strøm, der driver et køretøj.

Ifølge Chang Hwan Kim, chef for batteriudvikling samt hydrogen‑ og brændselscelleudvikling hos Hyundai Motor Company og Kia Corporation:

“Vi går ind i det næste kapitel af vores partnerskab med Gore. Ved at udnytte de 15 års samarbejde vil vi erhverve avanceret brændselscelleteknologi og lede markedet for brændselscelle‑elektriske køretøjer, hvilket fremskynder bevægelsen mod en bæredygtig fremtid.”

For regnskabsåret 2023, Hyundai registrerede en årlig omsætning på 162.664 milliarder KRW, en stigning på mere end 14 % i forhold til 2022, hvor omsætningen var 142.152 milliarder KRW. I 2023 registrerede Kia en omsætning på 99.808.420 millioner KRW.

Fremtiden for hydrogenforbrændingsmotorer ser mere lovende ud end nogensinde

Fra personbiler til lastbiler investerer alle førende globale bilproducenter så mange ressourcer og forskningsmidler som muligt for at gøre hydrogenforbrændingsmotorer til den bedst mulige løsning for en kulstofneutral, bæredygtig, grøn fremtid. 

Ud over at tilbyde os et rent miljø er disse motorer overlegne på mange andre måder. For eksempel fjerner de behovet for en tung batteripakke, som er en almindelig funktion blandt elbiler. Hydrogen‑til‑elektricitet‑konverterstakken er kompakt og lettere end et lithium‑ion‑batteri med et drivsystem med tilsvarende rækkevidde. Det tager kun 3 til 5 minutter for en hydrogenforbrændingsmotor at blive påfyldt, og dens energitæthed er mindst tre gange større sammenlignet med batterier, mens den med én påfyldning kan køre 2‑3 gange længere end de fleste elbiler.

Her har vi haft mulighed for at se på næsten alle de vigtigste motortyper i kategorien, som er sat til at bryde normen. Fremtiden kan med rette forventes at være fyldt med flere sådanne banebrydende innovationer.

Klik her for at lære, hvorfor hydrogen stadig kan være fremtidens brændstof.