Energi
5 Mesin Pembakaran Hidrogen yang Siap Mengubah Paradigma
Pembakaran hidrogen telah muncul sebagai salah satu opsi bahan bakar paling menjanjikan, menawarkan nilai lingkungan yang signifikan dan kinerja yang tinggi. Pada tingkat desain, mesin‑mesin ini telah ada lebih dari empat dekade.
Pada tahun 1970, penemu Paul Dieges mematenkan sebuah modifikasi yang memungkinkan mesin pembakaran dalam berbahan bakar gas untuk berjalan dengan hidrogen. Sejak itu, teknologi ini telah berkembang pesat dalam kemampuannya untuk menggerakkan kendaraan, mobil, dan bus. Potensinya begitu besar sehingga pesawat komersial di masa depan mungkin juga akan mengadopsi hidrogen sebagai bahan bakar utama.
Pada Mesin Pembakaran Hidrogen, hidrogen cair atau gas terbakar dalam mesin turbin gas yang dimodifikasi untuk menghasilkan dorongan. Proses ini meniru pembakaran dalam tradisional tetapi dengan hidrogen menggantikan bahan bakar fosilnya.
Dengan penggunaan dan pentingnya yang terus berkembang, spekulasi meluas tentang mesin HCE mana yang memiliki masa depan paling menarik. Dalam segmen berikut, kami melihat lima mesin pembakaran hidrogen yang semuanya siap mengubah paradigma.
Mesin Hidrogen 15 Liter Cummins
Platform mesin 15 liter Cummins, yang kami bahas, bersifat netral bahan bakar pada intinya. Ia kompatibel dengan hidrogen, gas alam, dan diesel. Namun ketika digunakan dengan hidrogen, ia benar‑benar dapat mengubah paradigma dengan menjadi versi terbaik dari rentang kemampuan bahan bakar rendah‑hingga‑nol karbonnya dan mempercepat dekarbonisasi aplikasi berat di luar jalan raya ke tingkat optimal.
Saat membicarakan keistimewaannya, Antonio Leitao, Wakil Presiden Bisnis Mesin Off‑highway Global Cummins, mengatakan hal berikut:
“Platform baru Cummins membawa pembakaran dalam ke tingkat baru, mampu memenuhi standar emisi ultra‑rendah di masa depan, seperti EPA Tier 5 dan EU Stage 6, bersama dengan kemampuan bahan bakar rendah‑hingga‑nol karbon untuk membantu menempatkan situs konstruksi dan pertambangan pada jalur biaya lebih rendah menuju dekarbonisasi. Mesin 15‑liter memiliki peningkatan signifikan dalam kepadatan daya dengan ruang pemasangan yang lebih kompak, memberikan produsen peralatan kemampuan untuk melakukan lebih banyak dengan mesin mereka.”
Jika kita membahas kasus khusus mesin hidrogen, ia dilengkapi dengan pembakaran injeksi langsung, lean‑burn dengan daya antara 400‑530 hp (298‑395 kW) dan torsi puncak 2600 N·m. Mengambil tenaga dari hidrogen hijau nol‑karbon, ia dapat menggunakan sistem penyimpanan bahan bakar berkapasitas tinggi dengan tekanan 700 bar untuk jam operasi maksimum antara pengisian ulang.
Versi ini diperkirakan akan berada dalam produksi penuh pada tahun 2027. Perusahaan akan memproduksi mesin ini dengan 15‑liter dan 6,7‑liter perpindahan.
Mesin ini telah mendapatkan validasi dari pemangku kepentingan industri sejak tahap awalnya. Pada Januari 2022, Werner Enterprises (Nasdaq: WERN), penyedia transportasi dan logistik terkemuka, memutuskan untuk mulai memvalidasi dan mengintegrasikan mesin pembakaran dalam hidrogen 15‑liter Cummins ke dalam kendaraannya.
(CMI )
Cummins melaporkan hasil kuartal keempat dan tahun penuh 2023 pada 6 Februari 2024. Pendapatan kuartal keempat 2023 sebesar $8,5 miliar meningkat 10% dari kuartal yang sama pada 2022, sementara pendapatan untuk tahun penuh 2023 sebesar $34,1 miliar, 21% lebih tinggi daripada 2022.
Mesin 5,0‑liter V8 100% Berbasis Hidrogen Yamaha untuk Toyota
Toyota Motor Corporation menugaskan Yamaha Motor untuk mengembangkan mesin hidrogen masa depan. Lima perusahaan—Kawasaki Heavy Industries, Subaru Corporation, Toyota Motor Corporation, Mazda Motor Corporation, dan Yamaha Motor—memutuskan untuk melakukan riset kolaboratif dalam mengeksplorasi dan memperluas pilihan bahan bakar untuk mesin pembakaran dalam yang cocok untuk netralitas karbon.
Saat membicarakan pengembangan, presiden Yamaha Motor Yoshihiro Hidaka mengatakan:
“Mesin hidrogen memiliki potensi untuk menjadi netral karbon sambil mempertahankan semangat kami terhadap mesin pembakaran dalam pada saat yang sama. Bekerja sama dengan perusahaan yang memiliki budaya korporat dan bidang keahlian yang berbeda, serta menambah jumlah mitra yang kami miliki, adalah cara kami ingin memimpin menuju masa depan.”
Dalam acara peluncuran mesin, V8 5,0‑liter tampaknya didasarkan pada mesin 5,0‑liter dalamLexus RC F coupe sport mewah, dimodifikasi pada injektor, kepala silinder, manifold intake, dan lainnya. Mesin ini dapat menghasilkan hingga 450 hp pada 6.800 rpm dan torsi maksimum 540 Nm pada 3.600 rpm. Mesin berperforma tinggi5,0‑liter V8 90‑derajat DOHC 32‑katup diubah oleh Yamaha untuk menggunakan hidrogen.
Menurut laporan tahunan 2023, Yamaha mencatat pendapatan konsolidasi grup sebesar 451,4 miliar Yen dengan laba operasional inti sebesar 45,9 miliar Yen.
Mesin untuk BMW iX5 Hydrogen
BMW telah menguji kendaraan masa depannya sejak 2023. Dari suhu hingga 45°C hingga pasir, debu, berbagai kemiringan, dan tingkat kelembapan yang berfluktuasi, perusahaan telah menguji semuanya. Perusahaan juga menemukan teknologi sel bahan bakar hidrogennya cocok untuk penggunaan sehari‑hari dalam suhu ekstrem di bawah nol derajat.
Dalam hal spesifik, sistem sel bahan bakar BMW iX5 Hydrogen dapat secara konsisten memberikan output tinggi sebesar 125 kW/170 hp.
Toyota Motor Corporation telah ditugaskan untuk memproduksi sel individual bagi BMW Group. Pabrik BMW Group di Landshut membuat casing untuk stack, yang merupakan langkah kedua dalam proses manufaktur dua tahap. Langkah pertama melibatkan penumpukan sel dan pemasangan komponen lainnya.
Sel bahan bakar yang memberikan kinerja 125 kW/170 hp merupakan kombinasi inovatif yang berasal dari rangkaian Gen‑5 teknologi BMW eDrive dan baterai yang dikembangkan khusus. Ketika digabungkan, konfigurasi ini mampu menawarkan output hingga 285 kW/401 hp.
BMW Group juga bertanggung jawab mengembangkan komponen hidrogen khusus, termasuk kompresor resolusi tinggi dengan turbin dan pompa pendingin bertegangan tinggi. Mekanisme internal sel bahan bakar mendorong hidrogen dari tangki untuk bereaksi dengan oksigen dari atmosfer menghasilkan listrik yang menggerakkan motor. Dua tangki yang ada pada BMW iX5 Hydrogen dapat menampung total 6 kg gas dan memberi sistem jangkauan kendaraan sejauh 504 km dalam siklus WLTP.
BMW juga menganggap mesin iX5 sebagai masa depan pengisian bahan bakar karena pengisian hidrogen lebih cepat daripada mengisi ulang mobil listrik berbaterai.
Keterkaitan BMW dengan hidrogen bersifat holistik. Logistik pabrik grupnya telah menggunakan gas tersebut sejak 2013. Perusahaan juga yang membangun stasiun hidrogen dalam ruangan pertama di Jerman di pabrik Leipzig. PaintShop di Plant Leipzig terlibat dalam pilot penggunaan hidrogen dalam produksi kendaraan.
Pada 2023, BMW Group melaporkan pendapatan tahunan sebesar sekitar 155,5 miliar Euro, naik 9% dari angka 2022 yang hampir 143 miliar Euro.
Mesin Pembakaran Hidrogen Volvo dengan Teknologi Injeksi Langsung Bertekanan Tinggi (HPDI)
Truk Volvo yang akan dilengkapi dengan mesin pembakaran hidrogen akan memiliki teknologi injeksi langsung bertekanan tinggi (HPDI), yang berarti sejumlah kecil bahan bakar penyala, disuntikkan dengan tekanan tinggi, dapat memungkinkan pembakaran kompresi bahkan sebelum hidrogen ditambahkan. Salah satu banyak manfaat teknologi ini adalah mempertahankan tingkat efisiensi energi yang tinggi dengan konsumsi bahan bakar yang lebih rendah. Hal ini memastikan bahwa tenaga mesin tidak terkompromi dalam proses tersebut.
Volvo Group telah menandatangani kesepakatan dengan Westport Fuel Systems untuk membentuk usaha patungan yang memanfaatkan teknologi HPDI, yang diperkirakan akan beroperasi pada kuartal kedua 2024.
Saat menjelaskan strategi Volvo dengan mesin hidrogennya, Jan Hjelmgren, Kepala Manajemen Produk dan Kualitas di Volvo Trucks, mengatakan hal berikut,
“Truk, di mana mesin pembakaran dalam tradisional tetap ada namun berjalan dengan hidrogen, akan memiliki kinerja dan keandalan yang sama dengan truk diesel kami, namun dengan manfaat tambahan berupa potensi emisi CO2 bersih nol sepanjang siklus penggunaan. Mereka akan menjadi pelengkap berharga bagi truk listrik baterai kami, yang telah berada di pasar selama beberapa tahun.”
Pengujian pelanggan dengan truk Volvo yang menggunakan hidrogen dalam mesin pembakaran akan dimulai pada 2026, dan truk tersebut akan tersedia secara komersial menjelang akhir dekade ini.
Teknologi HPDI adalah tambahan transformatif untuk cara sistem transportasi kami akan bekerja di masa depan. Teknologi ini mengatasi tantangan memenuhi persyaratan regulasi Euro 7 dan EPA AS untuk produsen truk dan peralatan off‑road secara global.
Injektor dengan desain jarum ganda konsentris dapat mengurangi 97% emisi CO2. Inilah mengapa truk yang menggunakan teknologi ini dapat dikategorikan sebagai “Kendaraan Nol Emisi” berdasarkan standar emisi CO2 UE yang baru disepakati. Mesin juga akan menghasilkan jumlah nitrogen oksida dan partikel yang sangat kecil.
Pada 2023, Volvo Group’s penjualan bersih yang disesuaikan dengan mata uang tumbuh 11% menjadi SEK 552,8 miliar, dan pendapatan operasional yang disesuaikan meningkat menjadi SEK 77,6 miliar.
Mesin Pembakaran Hidrogen yang Dikembangkan secara Kolaboratif oleh Kia dan Hyundai
Dalam langkah terbaru yang dapat menjadi pionir, Kia dan Hyundai, dua raksasa otomotif Korea, telah bekerja sama merancang mesin pembakaran hidrogen. Mesin ini mungkin siap untuk mobil penumpang pada tahun 2025.
Laporan menunjukkan bahwa mesin ini dapat potensial menyelesaikan semua masalah ketahanan dan kelayakan skala besar yang dihadapi mesin hidrogen hingga kini. Prototipe tersebut adalah mesin hidrogen 2‑liter dengan tenaga 180‑200 hp serta kurva torsi dan daya yang sebanding dengan mesin bensin seukuran. Keuntungannya, mesin hidrogen jauh lebih baik dalam konsumsi bahan bakar. Mesin dapat mempertahankan efisiensi termal tinggi sepanjang operasinya dengan menyuntikkan hidrogen ke ruang bakar pada tekanan 30 bar.
Untuk meningkatkan produksi mesin, Hyundai dan Kia juga menjalin kemitraan dengan beberapa vendor. Misalnya, mereka menandatangani nota kesepahaman dengan Next Hydrogen Corporation, perusahaan Kanada yang berspesialisasi dalam teknologi elektrolisis air. Pengembangan sistem elektrolisis air alkali akan meningkatkan daya saing harga hidrogen bersih bagi Hyundai dan Kia.
Perusahaan juga telah menandatangani kesepakatan dengan W. L. Gore & Associates (Gore) untuk bersama‑sama mengembangkan membran elektrolit polimer (PEM) canggih bagi sistem sel bahan bakar hidrogen. PEM memfasilitasi transfer proton antara elektroda dalam sel bahan bakar. Karena PEM menghalangi kombinasi langsung antara hidrogen dan oksigen yang masuk, konduksi proton selektif terjadi, dan pada gilirannya, arus listrik dihasilkan untuk menggerakkan kendaraan.
Menurut Chang Hwan Kim, Kepala Pengembangan Baterai serta Pengembangan Hidrogen dan Sel Bahan Bakar di Hyundai Motor Company dan Kia Corporation:
“Kami memasuki bab berikutnya dalam kemitraan kami dengan Gore. Dengan memanfaatkan 15 tahun kolaborasi, kami akan memperoleh teknologi sel bahan bakar canggih dan memimpin pasar kendaraan listrik sel bahan bakar, mempercepat pergerakan menuju masa depan berkelanjutan.”
Untuk tahun keuangan 2023, Hyundai mencatat pendapatan tahunan sebesar 162,664 triliun KRW, meningkat lebih dari 14% dari pendapatan 2022 sebesar 142,152 triliun KRW. Pada tahun 2023, Kia mencatat pendapatan sebesar 99,808,420 juta KRW.
Masa Depan Mesin Pembakaran Hidrogen Terlihat Lebih Menjanjikan daripada Sebelumnya
Dari kendaraan penumpang hingga truk, semua produsen otomotif global terkemuka sedang menginvestasikan sumber daya dan riset sebanyak mungkin untuk menjadikan Mesin Pembakaran Hidrogen pilihan terbaik untuk masa depan yang netral karbon, berkelanjutan, dan hijau.
Selain memberikan lingkungan bersih, mesin ini unggul dalam banyak hal lainnya. Misalnya, mereka menghilangkan kebutuhan akan paket baterai berat, fitur umum pada EV. Tumpukan konverter hidrogen‑ke‑listrik lebih kompak dan lebih ringan daripada baterai lithium‑ion dengan rangkaian tenaga dengan jangkauan serupa. Hanya memerlukan 3 hingga 5 menit untuk mengisi ulang mesin pembakaran hidrogen, dan kepadatan energinya setidaknya 3 kali lebih tinggi dibandingkan baterai, sementara dengan satu pengisian, mereka dapat menempuh jarak 2‑3 kali lebih jauh dibandingkan sebagian besar EV.
Di sini, kami telah memiliki kesempatan untuk menelusuri hampir semua tipe mesin utama dalam kategori yang siap mengubah paradigma. Masa depan dapat diperkirakan akan dipenuhi dengan lebih banyak inovasi mutakhir seperti ini.
Klik di sini untuk mempelajari mengapa hidrogen masih mungkin menjadi bahan bakar masa depan.
