Energía
5 motores de combustión de hidrógeno que romperán el molde
Añade Securities.io a tus fuentes preferidas en Google
La combustión de hidrógeno ha surgido como una de las opciones de combustible más prometedoras, ofreciendo un valor ambiental significativo y un alto rendimiento. A nivel de diseño, estos motores datan de hace más de cuatro décadas.
En 1970, el inventor Paul Dieges patentó una modificación que permitía que los motores de combustión interna alimentados con gas funcionaran con hidrógeno. Desde entonces, esta tecnología ha avanzado enormemente en su capacidad para propulsar vehículos, automóviles y autobuses. Su potencial es tan grande que los futuros aviones comerciales también podrían adoptar el hidrógeno como su combustible principal.
En los motores de combustión de hidrógeno, el hidrógeno líquido o gaseoso se quema en una turbina de gas modificada para generar empuje. Este proceso refleja la combustión interna tradicional, pero con hidrógeno sustituyendo a su contraparte de combustible fósil.
Con su creciente uso e importancia, abundan las especulaciones sobre cuál HCE tiene el futuro más emocionante. En los siguientes segmentos, analizamos cinco motores de combustión de hidrógeno que están listos para romper el molde.
Motor de Hidrógeno Cummins de 15 litros
La plataforma de motor de 15 litros de Cummins, que discutimos, es neutral respecto al combustible en su núcleo. Es compatible con hidrógeno, gas natural y diésel. Pero cuando se utiliza con hidrógeno, realmente puede romper el molde al convertirse en la mejor versión de su rango de capacidad de combustible de bajo a cero carbono y acelerar la descarbonización de aplicaciones pesadas fuera de carretera a su óptimo.
Al hablar de su especialidad, Antonio Leitao, Vicepresidente del Negocio Global de Motores Off-highway de Cummins, dijo lo siguiente:
“La nueva plataforma de Cummins lleva la combustión interna a un nuevo nivel, capaz de cumplir con los futuros estándares de emisiones ultra bajas, como EPA Tier 5 y EU Stage 6, junto con una capacidad de combustible de bajo a cero carbono para ayudar a que los sitios de construcción y canteras sigan una ruta de menor costo hacia la descarbonización. El de 15 litros presenta un aumento significativo en la densidad de potencia con un recinto de instalación más compacto que brinda a los fabricantes de equipos la capacidad de hacer más con sus máquinas.”
Si discutimos el caso específico del motor de hidrógeno, cuenta con una combustión de inyección directa y combustión pobre con potencias de 400 a 530 hp (298-395 kW) y un torque máximo de 2600 N·m. Al obtener energía del hidrógeno verde sin carbono, puede usar un sistema de almacenamiento de combustible de alta capacidad a 700 bar de presión para maximizar las horas de operación entre repostajes.
Se espera que la versión esté en producción completa para 2027. La compañía producirá estos motores con desplazamientos de 15 litros y 6,7 litros desplazamientos.
El motor ha recibido validación de los actores de la industria desde sus primeros días. En enero de 2022, Werner Enterprises (WERN ) (Nasdaq: WERN), un proveedor líder de transporte y logística, decidió comenzar a validar e integrar los motores de combustión interna de hidrógeno de 15 litros de Cummins en sus vehículos.
CMI Gráfico de precios
Cummins informó sus resultados del cuarto trimestre y del año completo 2023 el 6 de febrero de 2024. Los ingresos del cuarto trimestre de 2023 fueron de 8,5 mil millones de dólares, un aumento del 10 % respecto al mismo trimestre de 2022, mientras que los ingresos del año completo 2023 fueron de 34,1 mil millones de dólares, un 21 % más que en 2022.
Motores V8 de 5,0 litros 100 % alimentados con hidrógeno de Yamaha para Toyota
Toyota Motor Corporation (TM ) encargó a Yamaha Motor el desarrollo del motor de hidrógeno del futuro. Las cinco compañías —Kawasaki Heavy Industries, Subaru Corporation, Toyota Motor Corporation, Mazda Motor Corporation y Yamaha Motor— decidieron llevar a cabo una investigación colaborativa para explorar y ampliar la gama de opciones de combustible para motores de combustión interna adecuados para la neutralidad de carbono.
Al hablar del desarrollo, el presidente de Yamaha Motor, Yoshihiro Hidaka, dijo:
“Los motores de hidrógeno tienen el potencial de ser neutros en carbono mientras mantenemos viva nuestra pasión por el motor de combustión interna al mismo tiempo. Asociarnos con empresas con diferentes culturas corporativas y áreas de experiencia, así como aumentar el número de socios que tenemos, es la forma en que queremos liderar el camino hacia el futuro.”
En el evento de presentación del motor, el V8 de 5,0 litros parecía basarse en el motor de 5,0 litros del Lexus RC F coupé deportivo de lujo, modificado en inyectores, culatas, colector de admisión y más. El motor podría entregar hasta 450 hp a 6.800 rpm y un máximo de 540 Nm de torque a 3.600 rpm. El motor de alto rendimiento V8 DOHC de 5,0 litros y 90 grados con 32 válvulas fue convertido por Yamaha para usar hidrógeno.
Según su informe anual de 2023, Yamaha registró unos ingresos consolidados a nivel de grupo de 451,4 mil millones de yenes con un beneficio operativo central de 45,9 mil millones de yenes.
El motor para BMW iX5 Hydrogen
BMW ha estado probando su vehículo futuro desde 2023. Desde temperaturas de hasta 45 °C hasta arena, polvo, diversas inclinaciones y niveles fluctuantes de humedad, la compañía lo ha probado todo. La empresa también considera que su tecnología de pilas de combustible de hidrógeno es adecuada para el uso cotidiano en temperaturas extremas bajo cero.
En cuanto a especificaciones, el sistema de pila de combustible del BMW iX5 Hydrogen puede proporcionar de forma constante una alta potencia de 125 kW/170 hp.
Toyota Motor Corporation ha sido encargada de fabricar las celdas individuales para el Grupo BMW. La planta del Grupo BMW en Landshut fabrica la carcasa para la pila, que es la segunda fase del proceso de fabricación en dos pasos. El primer paso implica apilar las celdas y montar los demás componentes.
Las pilas de combustible que entregan el rendimiento de 125 kW/170 hp son una combinación innovadora que proviene de la gama Gen‑5 del Grupo BMW de tecnologías eDrive y una batería especialmente desarrollada. Cuando se combinan, el conjunto es capaz de ofrecer una potencia de hasta 285 kW/401 hp.
El Grupo BMW también ha sido responsable del desarrollo de los componentes de hidrógeno dedicados, incluido el compresor de alta resolución con turbina y la bomba de refrigerante de alto voltaje. El mecanismo interno de la pila de combustible impulsa el hidrógeno de los tanques a reaccionar con el oxígeno de la atmósfera para producir electricidad que alimenta el motor. Los dos tanques presentes en el BMW iX5 Hydrogen pueden contener un total de 6 kg del gas y dotan al sistema de una autonomía de vehículo de 504 km en el ciclo WLTP.
Los grupos de BMW también consideran que el motor iX5 es el futuro del repostaje, ya que el repostaje de hidrógeno es más rápido que recargar un coche eléctrico de batería.
La asociación de BMW con el hidrógeno ha sido integral. La logística de la planta del grupo ha estado usando el gas desde 2013. También fue la empresa que erigió la primera estación de hidrógeno interior de Alemania en la planta de Leipzig. El PaintShop en la planta de Leipzig está involucrado en la prueba piloto del uso del hidrógeno en la producción de vehículos.
En 2023, el Grupo BMW informó ingresos anuales de alrededor de 155,5 mil millones de euros, un aumento del 9 % respecto a su cifra de 2022 de cerca de 143 mil millones de euros.
Motores de combustión de hidrógeno de Volvo con tecnología de inyección directa de alta presión (HPDI)
Los camiones Volvo que llegarán con un motor de combustión de hidrógeno contarán con tecnología de inyección directa de alta presión (HPDI), lo que significa que una pequeña cantidad de combustible de ignición, inyectada a alta presión, puede permitir la ignición por compresión incluso antes de que se añada el hidrógeno . Uno de los muchos beneficios de esta tecnología es que mantiene altos niveles de eficiencia energética con un menor consumo de combustible. Garantiza que la potencia del motor no se vea comprometida en el proceso.
El Grupo Volvo ya ha firmado un acuerdo con Westport Fuel Systems (WPRT ) para establecer una empresa conjunta que utilice la tecnología HPDI, la cual se espera que entre en funcionamiento en el segundo trimestre de 2024.
Al detallar la estrategia de Volvo con sus motores de hidrógeno, Jan Hjelmgren, Jefe de Gestión de Producto y Calidad en Volvo Trucks, dijo lo siguiente,
“Los camiones, donde el motor de combustión interna tradicional permanece pero funciona con hidrógeno, tendrán el mismo rendimiento y fiabilidad que nuestros camiones diésel, pero con el beneficio añadido de emisiones netas de CO₂ potencialmente cero de pozo a rueda. Serán un complemento valioso a nuestros camiones eléctricos de batería, que llevan varios años en el mercado.”
Las pruebas con clientes de los camiones Volvo que usan hidrógeno en motores de combustión comenzarán en 2026, y los camiones estarán disponibles comercialmente hacia finales de esta década.
La tecnología HPDI es una adición transformadora a cómo funcionarán nuestros sistemas de transporte en el futuro. Aborda los desafíos de cumplir con los requisitos regulatorios de Euro 7 y la EPA de EE. UU para fabricantes de camiones y equipos fuera de carretera a nivel mundial.
El inyector con un diseño de aguja doble concéntrica puede reducir el 97 % de las emisiones de CO₂. Por eso los camiones que funcionan con esta tecnología pueden clasificarse como “Vehículos de emisión cero” bajo los nuevos estándares de emisión de CO₂ de la UE. Los motores también producirán cantidades muy pequeñas de óxidos de nitrógeno y partículas.
En 2023, las ventas netas ajustadas por tipo de cambio del Grupo Volvo crecieron un 11 % hasta SEK 552,8 mil millones, y su ingreso operativo ajustado mejoró a SEK 77,6 mil millones.
Motor de combustión de hidrógeno desarrollado en colaboración por Kia y Hyundai
En un movimiento reciente que podría resultar pionero, Kia y Hyundai, dos gigantes automotrices coreanos, se han asociado para diseñar un motor de combustión de hidrógeno. El motor podría estar listo para automóviles de pasajeros para 2025.
Los informes sugieren que este motor puede potencialmente resolver todos los problemas de durabilidad y viabilidad a gran escala que los motores de hidrógeno han enfrentado hasta ahora. El prototipo es un motor de hidrógeno de 2 litros y 180‑200 caballos de fuerza con curvas de torque y potencia comparables a los motores de gasolina equivalentes en tamaño. La ventaja es que el motor de hidrógeno rinde mucho mejor en consumo de combustible. El motor puede mantener una alta eficiencia térmica durante su operación al inyectar hidrógeno en la cámara de combustión a una presión de 30 bar.
Para ampliar la producción del motor, Hyundai y Kia también establecieron asociaciones con un par de proveedores. Por ejemplo, han firmado un memorando de entendimiento con Next Hydrogen Corporation, una empresa canadiense especializada en tecnología de electrólisis del agua. El desarrollo de un sistema de electrólisis alcalina del agua mejorará la competitividad de precios del hidrógeno limpio para Hyundai y Kia.
La compañía también ha firmado un acuerdo con W. L. Gore & Associates (Gore) para desarrollar conjuntamente membranas de electrolito de polímero (PEM) avanzadas para sistemas de pilas de combustible de hidrógeno. La PEM facilita la transferencia de protones entre electrodos en la pila de combustible. Como la PEM bloquea la combinación directa del hidrógeno y oxígeno entrantes, ocurre una conducción selectiva de protones y, a su vez, se genera una corriente eléctrica para alimentar un vehículo.
Según Chang Hwan Kim, Jefe de Desarrollo de Baterías y Desarrollo de Hidrógeno y Pilas de Combustible en Hyundai Motor Company y Kia Corporation:
“Estamos entrando en el próximo capítulo de nuestra asociación con Gore. Aprovechando los 15 años de colaboración, adquiriremos tecnología avanzada de pilas de combustible y lideraremos el mercado de vehículos eléctricos de pila de combustible, acelerando el movimiento hacia un futuro sostenible.”
Para el año financiero 2023, Hyundai registró unos ingresos anuales de 162,664 mil millones de KRW, un aumento de más del 14 % respecto a sus ingresos de 2022 de 142,152 mil millones de KRW. En 2023, Kia registró unos ingresos de 99,808,420 millones de KRW.
El futuro de los motores de combustión de hidrógeno parece más prometedor que nunca
Desde vehículos de pasajeros hasta camiones, todos los principales fabricantes automotrices globales están invirtiendo tantos recursos e investigación como pueden para hacer de los motores de combustión de hidrógeno la mejor opción posible para un futuro carbono‑neutral, sostenible y verde.
Además de ofrecernos un entorno limpio, estos motores son superiores en muchos otros aspectos. Por ejemplo, eliminan la necesidad de una batería pesada, una característica común entre los vehículos eléctricos. La pila convertidora de hidrógeno a electricidad es compacta y más ligera que una batería de iones de litio con una cadena motriz de alcance similar. Solo se necesitan 3 a 5 minutos para repostar un motor de combustión de hidrógeno, y su densidad energética es al menos 3 veces mayor comparada con las baterías, mientras que con una sola carga pueden recorrer 2‑3 veces más distancia que la mayoría de los vehículos eléctricos.
Aquí, hemos tenido la oportunidad de examinar casi todos los principales tipos de motores en la categoría que están listos para romper el molde. El futuro podría estar bien esperado de estar repleto de más innovaciones de vanguardia como estas.
Haga clic aquí para aprender por qué el hidrógeno aún podría ser el combustible del futuro.
