Énergie
5 moteurs à combustion d’hydrogène prêts à briser le moule
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La combustion d'hydrogène est devenue l'une des options de carburant les plus prometteuses, offrant une valeur environnementale et des performances significatives. Au niveau de la conception, ces moteurs remontent à plus de quatre décennies.
En 1970, l'inventeur Paul Dieges a breveté une modification qui a permis aux moteurs à combustion interne à essence de fonctionner à l'hydrogène. Depuis lors, cette technologie a considérablement progressé dans sa capacité à propulser des véhicules, des voitures et des bus. Son potentiel est si grand que les futurs avions commerciaux pourraient également adopter l’hydrogène comme carburant principal.
Dans les moteurs à combustion d’hydrogène, l’hydrogène liquide ou gazeux brûle dans un moteur à turbine à gaz modifié pour générer une poussée. Ce processus reflète la combustion interne traditionnelle, mais l'hydrogène remplace son homologue fossile.
Avec son utilisation et son importance croissantes, les spéculations vont bon train quant à savoir quel HCE a l’avenir le plus prometteur. Dans les segments suivants, nous examinerons cinq moteurs à combustion à hydrogène qui sont tous prêts à briser le moule.
Moteur à hydrogène Cummins de 15 litres
La plateforme moteur 15 litres de Cummins, dont nous parlons, est fondamentalement indépendante du carburant. Elle est compatible avec l'hydrogène, le gaz naturel et le diesel. Mais, lorsqu'elle est utilisée avec l'hydrogène, elle peut véritablement révolutionner la gamme en devenant la version optimale de sa gamme de carburants à faible émission de carbone, voire zéro, et en accélérant la décarbonation des applications tout-terrain lourdes à leur maximum.
En parlant de sa spécialité, Antonio Leitao, vice-président de la division mondiale des moteurs hors route de Cummins, a déclaré ce qui suit :
La toute nouvelle plateforme Cummins propulse la combustion interne à un niveau supérieur, répondant aux futures normes d'émissions ultra-faibles, telles que les normes EPA Tier 5 et EU Stage 6, et offrant une capacité de carburant à faible émission de carbone, voire zéro, pour aider les chantiers de construction et d'exploitation de carrières à réduire leurs coûts de décarbonation. Le moteur de 15 litres offre une densité de puissance significativement accrue et une enveloppe d'installation plus compacte, permettant aux fabricants d'équipements d'optimiser leurs machines.
Si nous discutons de cas particulier du moteur à hydrogène, il est équipé d'une combustion pauvre à injection directe avec des puissances de 400 à 530 ch (298 à 395 kW) et un couple maximal de 2600 700 N·m. Tirant son énergie de l’hydrogène vert sans carbone, il peut utiliser un système de stockage de carburant haute capacité sous pression de XNUMX bars pour un maximum d’heures de fonctionnement entre les ravitaillements.
La version devrait être en pleine production d'ici 2027. La société produira ces moteurs avec des moteurs de 15 litres et 6.7 litres. déplacements.
Le moteur a été validé par les acteurs de l’industrie dès ses débuts. En janvier 2022, Werner Enterprises (Nasdaq : WERN), l'un des principaux fournisseurs de transport et de logistique, a décidé de commencer à valider et à intégrer Les moteurs à combustion interne à hydrogène de 15 litres de Cummins dans ses véhicules.
Cummins Inc. (CMI -1.24%)
Cummins a publié ses résultats du quatrième trimestre et de l'année 2023 le 6 février 2024. Les revenus du quatrième trimestre 2023 de 8.5 milliards de dollars ont augmenté de 10 % par rapport au même trimestre de 2022, tandis que les revenus pour l'ensemble de l'année 2023 étaient de 34.1 milliards de dollars, soit 21 % de plus qu'en 2022.
Les moteurs V5.0 8 litres 100 % hydrogène de Yamaha pour Toyota
Toyota Motor Corporation a chargé Yamaha Motor de développer le moteur à hydrogène du futur. Les cinq sociétés – Kawasaki Heavy Industries, Subaru Corporation, Toyota Motor Corporation, Mazda Motor Corporation et Yamaha Motor – ont décidé de mener des recherches collaboratives pour explorer et élargir la gamme d'options de carburant pour les moteurs à combustion interne adaptées à la neutralité carbone.
En parlant du développement, le président de Yamaha Motor, Yoshihiro Hidaka, a déclaré :
« Les moteurs à hydrogène ont le potentiel d’être neutres en carbone tout en gardant vivante notre passion pour le moteur à combustion interne. Faire équipe avec des entreprises ayant des cultures d’entreprise et des domaines d’expertise différents, ainsi qu’augmenter le nombre de partenaires dont nous disposons, est la manière dont nous voulons ouvrir la voie à l’avenir.
Lors de l'événement de dévoilement du moteur, le V5.0 de 8 litres semblait être basé sur le moteur de 5.0 litres du modèle Coupé sport de luxe Lexus RC F, modifié en injecteurs, culasses, collecteur d'admission, etc. Le moteur pouvait développer jusqu'à 450 ch à 6,800 540 tr/min et un couple maximum de 3,600 Nm à XNUMX XNUMX tr/min. La haute performance V5.0 de 90 litres à 8 degrés, DACT, 32 soupapes Le moteur a été converti par Yamaha pour utiliser l'hydrogène.
Selon son rapport annuel 2023, Yamaha a enregistré un chiffre d'affaires consolidé à l'échelle du groupe de 451.4 milliards de yens avec un bénéfice d'exploitation de base de 45.9 milliards de yens.
Le moteur pour BMW iX5 Hydrogène
BMW teste son futur véhicule depuis 2023. Des températures allant jusqu'à 45°C au sable, à la poussière, aux diverses pentes et aux niveaux d'humidité fluctuants, l'entreprise a tout testé. L’entreprise trouve également sa technologie de pile à combustible à hydrogène adaptée à une utilisation quotidienne à des températures extrêmement inférieures à zéro.
En termes de détails, le Système de pile à combustible à hydrogène de la BMW iX5 peut fournir en permanence une puissance élevée de 125 kW/170 ch.
Toyota Motor Corporation a été chargé de fabriquer les cellules individuelles pour le groupe BMW. L'usine du groupe BMW à Landshut fabrique le boîtier de la cheminée, qui vient en deuxième position dans le processus de fabrication en deux étapes. La première étape consiste à empiler les cellules et à installer les autres composants.
Les piles à combustible, qui délivrent une puissance de 125 kW/170 ch, sont une combinaison innovante issue de la gamme de technologies BMW eDrive de cinquième génération du groupe BMW et d'une batterie spécialement développée. Ensemble, elles permettent d'atteindre une puissance de 5 kW/285 ch.
BMW Group a également été responsable du développement des composants dédiés à l'hydrogène, notamment le compresseur haute résolution avec turbine et la pompe de liquide de refroidissement haute tension. Le mécanisme interne de la pile à combustible incite l’hydrogène des réservoirs à réagir avec l’oxygène de l’atmosphère pour produire de l’électricité qui alimente le moteur. Les deux réservoirs présents dans la BMW iX5 Hydrogen sont capables de contenir un total de 6 kg de gaz et de doter le système d'une autonomie de 504 km dans le cycle WLTP.
Les groupes BMW considèrent également le moteur iX5 comme l'avenir du ravitaillement, car le ravitaillement en hydrogène est plus rapide que la recharge d'une voiture électrique à batterie.
L'association de BMW avec l'hydrogène est globale. La logistique de son usine utilise ce gaz depuis 2013. C'est également l'entreprise qui a installé la première station hydrogène intérieure d'Allemagne à l'usine de Leipzig. L'atelier de peinture de l'usine de Leipzig participe également à des projets pilotes d'utilisation de l'hydrogène dans la production automobile.
En 2023, BMW Group a déclaré un chiffre d'affaires annuel de environ 155.5 milliards d’euros, soit une augmentation de 9 % par rapport à son chiffre de 2022 de près de 143 millions d’euros.
Moteurs à combustion d'hydrogène de Volvo avec technologie d'injection directe haute pression (HPDI)
Les camions Volvo devraient être équipés d'un moteur thermique à hydrogène sera doté de la technologie d'injection directe à haute pression (HPDI), ce qui signifie qu'une petite quantité de carburant d'allumage, injectée à haute pression, peut permettre un allumage par compression avant même l'hydrogène. est ajouté. L’un des nombreux avantages de cette technologie est qu’elle permet de conserver des niveaux élevés d’efficacité énergétique avec une consommation de carburant réduite. Il garantit que la puissance du moteur n'est pas compromis suite à la cure.
Le groupe Volvo a déjà signé un accord avec Westport Fuel Systems pour créer une coentreprise utilisant la technologie HPDI, qui devrait pour devenir opérationnel au deuxième trimestre 2024.
En élaborant sur la stratégie de Volvo avec ses moteurs à hydrogène, Jan Hjelmgren, responsable de la gestion des produits et de la qualité chez Volvo Trucks, a déclaré ce qui suit :
« Les camions, où le moteur à combustion interne traditionnel demeure mais fonctionne à l'hydrogène, auront les mêmes performances et la même fiabilité que nos camions diesel, mais avec l'avantage supplémentaire d'émissions nettes de CO2 potentiellement nulles du puits à la roue. Ils constitueront un complément précieux à nos camions électriques à batterie, présents sur le marché depuis plusieurs années. »
Les tests clients avec des camions Volvo utilisant de l'hydrogène dans des moteurs à combustion débuteront en 2026 et les camions seront disponibles dans le commerce vers la fin de cette décennie.
La technologie HPDI est un ajout transformateur sur la façon dont nos systèmes de transport fonctionneront à l'avenir. Il répond aux défis liés au respect des exigences réglementaires d'Euro 7 et de l'EPA américaine pour les fabricants d'équipements de camionnage et tout-terrain à l'échelle mondiale.
L'injecteur avec une conception à double aiguille concentrique peut réduire 97% des émissions de CO2. C’est pourquoi les camions utilisant cette technologie peuvent être classés dans la catégorie des « véhicules zéro émission » selon les nouvelles normes européennes d’émission de CO2. Les moteurs produiront également de très petites quantités d’oxydes d’azote et de particules.
En 2023, le groupe Volvo chiffre d'affaires net corrigé des effets de change a augmenté de 11 % à 552.8 milliards SEK et son résultat opérationnel ajusté s'est amélioré à 77.6 milliards SEK.
Moteur à combustion d'hydrogène développé en collaboration par Kia et Hyundai
Dans une dernière démarche qui pourrait s'avérer pionnière, Kia et Hyundai, deux géants coréens de l'automobile, se sont associés pour concevoir un moteur à combustion à hydrogène. Le moteur pourrait être prêt pour les voitures particulières d’ici 2025.
Les rapports suggèrent que ce moteur peut l'éventualité résoudre tous les problèmes de durabilité et de viabilité à grande échelle auxquels les moteurs à hydrogène ont été confrontés jusqu'à présent. Le prototype est celui d’un moteur à hydrogène de 180 litres développant 200-2 chevaux avec des courbes de couple et de puissance comparables en taille aux moteurs à essence équivalents. L’avantage est que le moteur à hydrogène fait bien mieux en termes de consommation de carburant. Le moteur peut maintenir une efficacité thermique élevée tout au long de son fonctionnement en injectant de l'hydrogène dans la chambre de combustion à une pression de 30 bars.
Pour augmenter la production du moteur, Hyundai et Kia ont également noué des partenariats avec quelques vendeurs. Par exemple, elle a signé un protocole d'entente avec Next Hydrogen Corporation, une entreprise canadienne spécialisée dans la technologie d'électrolyse de l'eau. Le développement d’un système d’électrolyse de l’eau alcaline améliorera la compétitivité-prix de l’hydrogène propre pour Hyundai et Kia.
L'entreprise a également signé un accord avec WL Gore & Associates (Gore) pour développer conjointement une membrane électrolytique polymère (PEM) avancée pour les systèmes de piles à combustible à hydrogène. Le PEM facilite le transfert de protons entre les électrodes de la pile à combustible. Lorsque le PEM bloque la combinaison directe de l’hydrogène et de l’oxygène entrants, une conduction sélective des protons se produit et, à son tour, un courant électrique est généré pour alimenter un véhicule.
Selon Chang Hwan Kim, responsable du développement des batteries et du développement de l'hydrogène et des piles à combustible chez Hyundai Motor Company et Kia Corporation :
«Nous entrons dans le prochain chapitre de notre partenariat avec Gore. En tirant parti de 15 années de collaboration, nous acquerrons une technologie avancée de pile à combustible et serons leader sur le marché des véhicules électriques à pile à combustible, accélérant ainsi le mouvement vers un avenir durable.
Pour l'exercice 2023, Hyundai a enregistré un chiffre d'affaires annuel de 162,664 milliards de KRW, soit une augmentation de plus de 14 % par rapport à son chiffre d'affaires de 2022 de 142,152 milliards de KRW. En 2023, Kia a enregistré un chiffre d'affaires de 99,808,420 XNUMX XNUMX millions de KRW.
L’avenir des moteurs à combustion d’hydrogène semble plus prometteur que jamais
Des véhicules de tourisme aux camions, tous les principaux constructeurs automobiles mondiaux investissent autant de ressources et de recherche que possible pour faire des moteurs à combustion à hydrogène la meilleure option possible pour un avenir neutre en carbone, durable et vert.
En plus de nous offrir un environnement propre, ces moteurs sont supérieurs à bien d’autres égards. Par exemple, ils suppriment le besoin d’une batterie lourde, une caractéristique courante parmi les véhicules électriques. La pile de conversion hydrogène-électricité est compacte et plus légère qu’une batterie lithium-ion avec un groupe motopropulseur d’autonomie similaire. Il faut seulement 3 à quelques minutes 5 pour qu'un moteur à combustion d'hydrogène fasse le plein, et sa densité énergétique est au moins 3 fois supérieure à celle des batteries, tandis qu'entre un remplissage, elles peuvent durer 2 à 3 fois plus longtemps que celle de la plupart des véhicules électriques.
Ici, nous avons eu la chance d’examiner presque tous les principaux types de moteurs de la catégorie destinés à briser le moule. L'avenir ça pourrait être bien attendu être rempli d'autres innovations de ce type.
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