5 Κινητήρες Καύσης Υδρογόνου που Θα Σπάσουν τα Στερεότυπα

Η καύση υδρογόνου έχει εμφανιστεί ως μία από τις πιο υποσχόμενες επιλογές καυσίμου, προσφέροντας σημαντική περιβαλλοντική αξία και απόδοση. Σε επίπεδο σχεδίασης, αυτοί οι κινητήρες χρονολογούνται από πάνω από τέσσερις δεκαετίες.

Το 1970, ο εφευρέτης Paul Dieges πατένταρε μια τροποποίηση που επιτρέπει στους κινητήρες εσωτερικής καύσης που λειτουργούν με αέριο να λειτουργούν με υδρογόνο. Από τότε, αυτή η τεχνολογία έχει προοδεύσει σημαντικά στην ικανότητά της να τροφοδοτεί οχήματα, αυτοκίνητα και λεωφορεία. Η δυνατότητά της είναι τόσο μεγάλη που τα μελλοντικά εμπορικά αεροσκάφη ενδέχεται επίσης να υιοθετήσουν το υδρογόνο ως κύριο καύσιμο.

Στους κινητήρες καύσης υδρογόνου, είτε υγρό είτε αέριο υδρογόνο καίγεται σε έναν τροποποιημένο αεριοστρόβιλο για να δημιουργήσει ώθηση. Αυτή η διαδικασία αντικατοπτρίζει την παραδοσιακή εσωτερική καύση, αλλά με το υδρογόνο να αντικαθιστά το ορυκτό καύσιμο.

Με τη αυξανόμενη χρήση και σημασία του, οι εικασίες είναι πολλές σχετικά με το ποιος κινητήρας HCE έχει το πιο συναρπαστικό μέλλον. Στα επόμενα τμήματα, εξετάζουμε πέντε κινητήρες καύσης υδρογόνου που είναι έτοιμοι να σπάσουν τα στερεότυπα.

Κινητήρας Υδρογόνου 15 Λίτρων της Cummins

Η πλατφόρμα κινητήρων 15 λίτρων της Cummins, την οποία συζητάμε, είναι ουσιαστικά ανεξάρτητη από το καύσιμο. Είναι συμβατή με υδρογόνο, φυσικό αέριο και πετρέλαιο. Αλλά όταν λειτουργεί με υδρογόνο, μπορεί πραγματικά να σπάσει τα στερεότυπα, καθιστώντας την καλύτερη έκδοση της περιοχής ικανότητας καυσίμου χαμηλού έως μηδενικού άνθρακα και επιταχύνοντας την αποανθρακοποίηση των βαρέων εφαρμογών εκτός δρόμου στο βέλτιστο επίπεδο. 

Καθώς μιλούσε για την εξειδίκευσή του, ο Antonio Leitao, Αντιπρόεδρος της παγκόσμιας επιχείρησης κινητήρων εκτός δρόμου της Cummins, είπε τα εξής:

“Η ολοκαίνουργια πλατφόρμα της Cummins ανεβάζει την εσωτερική καύση σε ένα νέο επίπεδο, ικανή να ανταποκριθεί στα μελλοντικά πρότυπα υπερ-χαμηλών εκπομπών, όπως το EPA Tier 5 και το EU Stage 6, μαζί με μια δυνατότητα καυσίμου χαμηλού έως μηδενικού άνθρακα, βοηθώντας τις τοποθεσίες κατασκευής και εξόρυξης να ακολουθήσουν ένα πιο οικονομικό μονοπάτι προς την αποανθρακοποίηση. Ο κινητήρας 15 λίτρων παρουσιάζει σημαντική αύξηση στην πυκνότητα ισχύος με πιο συμπαγή εγκατάσταση, παρέχοντας στους κατασκευαστές εξοπλισμού τη δυνατότητα να κάνουν περισσότερα με τις μηχανές τους.”

Αν συζητήσουμε την συγκεκριμένη περίπτωση του κινητήρα υδρογόνου, διαθέτει άμεση ένεση, καύση φτωχής ανάφλεξης με ισχύ από 400 έως 530 ίππους (298-395 kW) και μέγιστο ροπής 2600 N·m. Αποσπώντας ενέργεια από μηδενικού άνθρακα πράσινο υδρογόνο, μπορεί να χρησιμοποιήσει σύστημα αποθήκευσης καυσίμου υψηλής χωρητικότητας με πίεση 700 bar για μέγιστες ώρες λειτουργίας μεταξύ των ανεφοδιασμών. 

Η έκδοση αναμένεται να βρίσκεται σε πλήρη παραγωγή μέχρι το 2027. Η εταιρεία θα παράγει αυτούς τους κινητήρες με εκκεντρώσεις 15 λίτρων και 6,7 λίτρων. 

Ο κινητήρας λαμβάνει επικύρωση από ενδιαφερόμενους του κλάδου από τις πρώτες του ημέρες. Τον Ιανουάριο του 2022, η Werner Enterprises (WERN ) (Nasdaq: WERN), κορυφαίος πάροχος μεταφορών και εφοδιαστικής αλυσίδας, αποφάσισε να ξεκινήσει την επικύρωση και ενσωμάτωση των 15-λίτρων κινητήρων εσωτερικής καύσης υδρογόνου της Cummins στα οχήματά της.

Η Cummins ανέφερε τα αποτελέσματα του τέταρτου τριμήνου και του πλήρους έτους 2023 στις 6 Φεβρουαρίου 2024. Τα έσοδα του τέταρτου τριμήνου 2023 ανήλθαν σε 8,5 δισεκατομμύρια δολάρια, αυξημένα κατά 10% σε σχέση με το ίδιο τρίμηνο του 2022, ενώ τα έσοδα για το πλήρες έτος 2023 ήταν 34,1 δισεκατομμύρια δολάρια, 21% υψηλότερα από το 2022.

5,0-λίτρων V8 100% Υδρογόνου-Κινητήρες της Yamaha για την Toyota

Η Toyota Motor Corporation (TM ) ανέθεσε στην Yamaha Motor την ανάπτυξη τουμηχανής υδρογόνου του μέλλοντος. Οι πέντε εταιρείες — Kawasaki Heavy Industries, Subaru Corporation, Toyota Motor Corporation, Mazda Motor Corporation και Yamaha Motor — αποφάσισαν να διεξάγουν συνεργατική έρευνα για την εξερεύνηση και επέκταση του φάσματος επιλογών καυσίμων για κινητήρες εσωτερικής καύσης κατάλληλους για την ουδετεροποίηση του άνθρακα.

Καθώς μιλούσε για την ανάπτυξη, ο πρόεδρος της Yamaha Motor, Yoshihiro Hidaka, είπε:

“Οι κινητήρες υδρογόνου έχουν τη δυνατότητα να είναι ουδέτεροι ως προς το άνθρακα, διατηρώντας ταυτόχρονα το πάθος μας για τον κινητήρα εσωτερικής καύσης. Η συνεργασία με εταιρείες με διαφορετικούς εταιρικούς πολιτισμούς και τομείς εξειδίκευσης, καθώς και η αύξηση του αριθμού των συνεργατών μας, είναι ο τρόπος με τον οποίο θέλουμε να ηγηθούμε στο μέλλον.”

Στην εκδήλωση παρουσίασης του κινητήρα, το V8 των 5,0 λίτρων φαινόταν να βασίζεται στον κινητήρα 5,0 λίτρων τουLexus RC F πολυτελούς σπορ κουπέ, τροποποιημένο σε ενέσεις, κεφαλές κυλίνδρων, συλλέκτη εισαγωγής και άλλα. Ο κινητήρας θα μπορούσε να παραδώσει έως 450 ίππους στα 6.800 rpm και μέγιστο 540 Nm ροπής στα 3.600 rpm. Ο υψηλής απόδοσης5,0-λίτρων 90 μοιρών V8 DOHC 32-βελόνια κινητήρας μετατράπηκε από τη Yamaha για χρήση υδρογόνου. 

Σύμφωνα με την ετήσια έκθεσή της για το 2023, η Yamaha κατέγραψε ενοποιημένα έσοδα ολόκληρης της ομάδας ύψους 451,4 δισεκατομμυρίων Γιεν με καθαρό λειτουργικό κέρδος 45,9 δισεκατομμυρίων Γιεν.

Ο Κινητήρας για το BMW iX5 Hydrogen 

Η BMW δοκιμάζει το μελλοντικό της όχημα από το 2023. Από θερμοκρασίες έως 45°C μέχρι άμμο, σκόνη, διάφορες κλίσεις και μεταβαλλόμενα επίπεδα υγρασίας, η εταιρεία τα έχει δοκιμάσει όλα. Η εταιρεία επίσης θεωρεί την τεχνολογία κυψελών καυσίμου υδρογόνου της κατάλληλη για καθημερινή χρήση σε ακραίες υπομηνιαίες θερμοκρασίες.

Σε ό,τι αφορά τις λεπτομέρειες, τοσύστημα κυψελών καυσίμου του BMW iX5 Hydrogen μπορεί σταθερά να παρέχει υψηλή ισχύ 125 kW/170 ίππους.

Η Toyota Motor Corporation έχει ανατεθεί να κατασκευάσει τα μεμονωμένα κύτταρα για την BMW Group. Το εργοστάσιο της BMW Group, Landshut, κατασκευάζει το περίβλημα για τη στοίβα, που είναι το δεύτερο βήμα στη διαδικασία διπλού βήματος. Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει τη στοίβαξη των κυττάρων και την τοποθέτηση των άλλων εξαρτημάτων.

Οι κυψέλες που παρέχουν την απόδοση 125 kW/170 ίππους είναι ένας καινοτόμος συνδυασμός που προέρχεται από τη σειρά Gen-5 της BMW Group των τεχνολογιών BMW eDrive και μια ειδικά αναπτυγμένη μπαταρία. Όταν συνδυαστούν, η διαρρύθμιση μπορεί να προσφέρει ισχύ έως 285 kW/401 ίππους.

Η BMW Group είναι επίσης υπεύθυνη για την ανάπτυξη των ειδικών υδρογόνων εξαρτημάτων, συμπεριλαμβανομένου του υψηλής ανάλυσης συμπιεστή με τουρμπίνα και της αντλίας ψύξης υψηλής τάσης. Ο εσωτερικός μηχανισμός της κυψέλης προκαλεί το υδρογόνο από τις δεξαμενές να αντιδράσει με το οξυγόνο της ατμόσφαιρας, παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια που τροφοδοτεί τον κινητήρα. Οι δύο δεξαμενές που υπάρχουν στο BMW iX5 Hydrogen μπορούν να αποθηκεύσουν συνολικά 6 kg αερίου και να παρέχουν στο σύστημα εμβέλεια οχήματος 504 km στον κύκλο WLTP.

Οι ομάδες της BMW θεωρούν επίσης τον κινητήρα iX5 το μέλλον του ανεφοδιασμού, καθώς η ανεφοδιασμός με υδρογόνο είναι πιο γρήγορος από τη φόρτιση ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου με μπαταρία.

Η σχέση της BMW με το υδρογόνο είναι ολιστική. Η λογιστική του ομίλου χρησιμοποιεί το αέριο από το 2013. Ήταν επίσης η εταιρεία που κατασκεύασε τον πρώτο εσωτερικό σταθμό υδρογόνου στη Γερμανία στο εργοστάσιο Leipzig. Η PaintShop στο εργοστάσιο Leipzig συμμετέχει επίσης στην πειραματική χρήση του υδρογόνου στην παραγωγή οχημάτων.

Το 2023,η BMW Group ανέφερε ετήσια έσοδα ύψους περίπου 155,5 δισεκατομμύρια ευρώ, αύξηση 9% σε σχέση με το 2022, όταν τα έσοδα ήταν κοντά στα 143 δισεκατομμύρια ευρώ.

Κινητήρες Καύσης Υδρογόνου Volvo με Τεχνολογία Υψηλής Πίεσης Άμεσης Ένεσης (HPDI)

Τα φορτηγά Volvo που πρόκειται να έρθουν με ένανκινητήρα καύσης υδρογόνου θα διαθέτουν τεχνολογία άμεσης ένεσης υψηλής πίεσης (HPDI), που σημαίνει ότι μια μικρή ποσότητα καυσίμου ανάφλεξης, εγχυμένη με υψηλή πίεση, μπορεί να ενεργοποιήσει την ανάφλεξη συμπίεσης ακόμη και πριν προστεθεί το υδρογόνο. Ένα από τα πολλά οφέλη αυτής της τεχνολογίας είναι ότι διατηρεί υψηλά επίπεδα ενεργειακής αποδοτικότητας με χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου. Εξασφαλίζει ότι η ισχύς του κινητήρα δεν θίγεται στη διαδικασία. 

Η Volvo Group έχει ήδη υπογράψει συμφωνία με τη Westport Fuel Systems (WPRT ) για τη δημιουργία κοινοπραξίας που θα χρησιμοποιεί την τεχνολογία HPDI, η οποία αναμένεται να λειτουργήσει στο δεύτερο τρίμηνο του 2024.

Καθώς επεξήγησε τη στρατηγική της Volvo με τους υδρογονικούς κινητήρες της, ο Jan Hjelmgren, Επικεφαλής Διαχείρισης Προϊόντων και Ποιότητας στα Volvo Trucks, είπε τα εξής,  

“Τα φορτηγά, όπου ο παραδοσιακός κινητήρας εσωτερικής καύσης παραμένει αλλά λειτουργεί με υδρογόνο, θα έχουν την ίδια απόδοση και αξιοπιστία με τα πετρελαιοκίνητα φορτηγά μας, αλλά με το πρόσθετο όφελος των πιθανών μηδενικών εκπομπών CO2 από την πηγή έως την τροχιά. Θα αποτελέσουν πολύτιμη συμπλήρωση στα ηλεκτρικά φορτηγά μπαταρίας μας, που είναι στην αγορά εδώ και αρκετά χρόνια.”

Οι δοκιμές πελατών με φορτηγά Volvo που χρησιμοποιούν υδρογόνο σε κινητήρες καύσης θα ξεκινήσουν το 2026, και τα φορτηγά θα γίνουν εμπορικά διαθέσιμα προς το τέλος της δεκαετίας.

Η τεχνολογία HPDI είναι μια μετασχηματιστική προσθήκη στο πώς θα λειτουργούν τα συστήματα μεταφοράς μας στο μέλλον. Αντιμετωπίζει τις προκλήσεις της τήρησης των κανονιστικών απαιτήσεων του Euro 7 και του US EPA για κατασκευαστές φορτηγών και εξοπλισμού εκτός δρόμου παγκοσμίως.

Ο ψεκαστήρας με διπλό σχεδιασμό κεντρικής βελόνας μπορεί να μειώσει97% των εκπομπών CO2. Αυτός είναι ο λόγος που τα φορτηγά που λειτουργούν με αυτήν την τεχνολογία μπορούν να ταξινομηθούν ως «Οχήματα Μηδενικών Εκπομπών» σύμφωνα με τα νέα συμφωνημένα πρότυπα εκπομπών CO2 της ΕΕ. Οι κινητήρες θα παράγουν επίσης πολύ μικρές ποσότητες οξειδίων του αζώτου και σωματιδίων. 

Το 2023, οιπροσαρμοσμένες κατά νόμισμα καθαρές πωλήσεις αυξήθηκαν κατά 11% στα 552,8 δισεκατομμύρια SEK, και το προσαρμοσμένο λειτουργικό εισόδημα βελτιώθηκε στα 77,6 δισεκατομμύρια SEK.

Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε τι έκανε το υδρογόνο πιο ελκυστικό ως πηγή ενέργειας πρόσφατα.

Κινητήρας Καύσης Υδρογόνου Αναπτυγμένος σε Συνεργασία από την Kia και την Hyundai

Σε μια πρόσφατη κίνηση που μπορεί να αποδειχθεί πρωτοποριακή, η Kia και η Hyundai, δύο κορεακοί γίγαντες αυτοκινήτων, συνεργάστηκαν για να σχεδιάσουν έναν κινητήρα καύσης υδρογόνου. Ο κινητήρας μπορεί να είναι έτοιμος για επιβατικά αυτοκίνητα μέχρι το 2025. 

Οι αναφορές υποδηλώνουν ότι αυτός ο κινητήρας μπορεί ενδεχομένως να λύσει όλα τα προβλήματα ανθεκτικότητας και μεγάλης κλίμακας βιωσιμότητας που αντιμετώπιζαν οι κινητήρες υδρογόνου μέχρι τώρα. Το πρωτότυπο είναι ένας κινητήρας υδρογόνου 2 λίτρων με 180-200 ίππους, με καμπύλες ροπής και ισχύος συγκρίσιμες με τις αντίστοιχες βενζινοκινητήρες του ίδιου μεγέθους. Το πλεονέκτημα είναι ότι ο κινητήρας υδρογόνου αποδίδει πολύ καλύτερα όσον αφορά την κατανάλωση καυσίμου. Ο κινητήρας μπορεί να διατηρεί υψηλή θερμική απόδοση καθ’ όλη τη διάρκεια της λειτουργίας του, ενσωματώνοντας υδρογόνο στην θάλαμο καύσης υπό πίεση 30 bar.

Για να ενισχύσουν την παραγωγή του κινητήρα, η Hyundai και η Kia έχουν επίσηςσυμφωνήσει συνεργασίες με μερικούς προμηθευτές. Για παράδειγμα, έχει υπογράψει μια συμφωνία προθέσεων με την Next Hydrogen Corporation, μια καναδική εταιρεία που ειδικεύεται στην τεχνολογία ηλεκτρόλυσης νερού. Η ανάπτυξη ενός αλκαλικού συστήματος ηλεκτρόλυσης νερού θα βελτιώσει την ανταγωνιστικότητα τιμών του καθαρού υδρογόνου για τη Hyundai και την Kia.

Η εταιρεία έχει επίσης υπογράψει συμφωνία με την W. L. Gore & Associates (Gore) για την κοινή ανάπτυξη προηγμένης μεμβράνης πολυμερικού ηλεκτρολύτη (PEM) για συστήματα κυψελών καυσίμου υδρογόνου. Η PEM διευκολύνει τη μεταφορά πρωτονίων μεταξύ των ηλεκτροδίων στην κυψέλη καυσίμου. Καθώς η PEM εμποδίζει τον άμεσο συνδυασμό του εισερχόμενου υδρογόνου και οξυγόνου, πραγματοποιείται επιλεκτική αγωγή πρωτονίων, και, με τη σειρά του, παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα για την κίνηση ενός οχήματος.

Σύμφωνα με τον Chang Hwan Kim, Επικεφαλής Ανάπτυξης Μπαταριών και Ανάπτυξης Υδρογόνου και Κυψελών Καυσίμου στην Hyundai Motor Company και την Kia Corporation:

“Εισερχόμαστε στο επόμενο κεφάλαιο της συνεργασίας μας με τη Gore. Εκμεταλλευόμενοι τα 15 χρόνια συνεργασίας, θα αποκτήσουμε προηγμένη τεχνολογία κυψελών καυσίμου και θα ηγηθούμε στην αγορά ηλεκτρικών οχημάτων με κυψέλες καυσίμου, επιταχύνοντας την κίνηση προς ένα βιώσιμο μέλλον.”

Για το οικονομικό έτος 2023, η Hyundai κατέγραψε ετήσια έσοδα 162,664 δισεκατομμυρίων KRW, αύξηση άνω του 14% σε σχέση με τα έσοδα του 2022 των 142,152 δισεκατομμυρίων KRW. Το 2023, η Kia κατέγραψε έσοδα 99,808,420 εκατομμυρίων KRW.

Το Μέλλον των Κινητήρων Καύσης Υδρογόνου Φαίνεται Πιο Υποσχόμενο Ποτέ

Από τα επιβατικά οχήματα μέχρι τα φορτηγά, όλοι οι κορυφαίοι παγκόσμιοι κατασκευαστές αυτοκινήτων επενδύουν πόρους και έρευνα όσο μπορούν για να κάνουν τους κινητήρες καύσης υδρογόνου την καλύτερη δυνατή επιλογή για ένα ουδέτερο ως προς το άνθρακα, βιώσιμο, πράσινο μέλλον. 

Εκτός από το ότι μας προσφέρουν ένα καθαρό περιβάλλον, αυτοί οι κινητήρες είναι ανώτεροι σε πολλές άλλες πτυχές. Για παράδειγμα, εξαλείφουν την ανάγκη για ένα βαρύ πακέτο μπαταρίας, ένα κοινό χαρακτηριστικό των ηλεκτρικών οχημάτων. Η στοίβα μετατροπέα υδρογόνου-σε-ηλεκτρισμό είναι συμπαγής και ελαφρύτερη από μια μπαταρία λιθίου-ιόντων με σύστημα κίνησης παρόμοιας εμβέλειας. Χρειάζονται μόνο 3 έως 5 λεπτά για έναν κινητήρα καύσης υδρογόνου να ανεφοδιαστεί, και η ενεργειακή του πυκνότητα είναι τουλάχιστον 3 φορές μεγαλύτερη σε σύγκριση με τις μπαταρίες, ενώ μεταξύ μιας πλήρωσης, μπορούν να διανύσουν 2-3 φορές περισσότερο από τα περισσότερα ηλεκτρικά οχήματα.

Εδώ, είχαμε την ευκαιρία να εξετάσουμε σχεδόν όλους τους κύριους τύπους κινητήρων στην κατηγορία που πρόκειται να σπάσουν τα στερεότυπα. Το μέλλον μπορεί να αναμένεται να είναι γεμάτο με περισσότερες τέτοιες καινοτομίες αιχμής.

Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε γιατί το υδρογόνο μπορεί ακόμη να είναι το καύσιμο του μέλλοντος.