5 hydrogenforbrenningsmotorer som vil bryte normen

Hydrogenforbrenning har dukket opp som ett av de mest lovende drivstoffalternativene, og tilbyr betydelig miljøverdi og ytelse. På designnivå går disse motorene tilbake mer enn fire tiår.

I 1970 patenterte oppfinneren Paul Dieges en modifikasjon som gjorde det mulig for gassdrevne forbrenningsmotorer å kjøre på hydrogen. Siden da har teknologien gjort store fremskritt i sin evne til å drive kjøretøy, biler og busser. Potensialet er så stort at fremtidige kommersielle fly også kan ta i bruk hydrogen som primært drivstoff.

I hydrogenforbrenningsmotorer brennes enten flytende eller gassformig hydrogen i en modifisert gasturbinmotor for å generere skyvekraft. Denne prosessen speiler tradisjonell forbrenning, men med hydrogen som erstatter fossilt drivstoff.

Med sin økende bruk og betydning er spekulasjoner utbredt om hvilken HCE som har den mest spennende fremtiden. I de følgende segmentene ser vi på fem hydrogenforbrenningsmotorer som alle er klare til å bryte normen.

Cummins 15-liters hydrogenmotor

Cummins’ 15-liters motorplattform, som vi diskuterer, er drivstoffagnostisk i kjernen. Den er kompatibel med hydrogen, naturgass og diesel. Men når den brukes med hydrogen, kan den virkelig bryte normen ved å bli den beste versjonen av sitt lav‑til‑null karbon drivstoffkapasitetsområde og akselerere avkarboniseringen av tunge off‑highway‑applikasjoner til sitt optimale nivå. 

Mens han snakket om sin spesialitet, hadde Antonio Leitao, visepresident for Cummins’ globale off‑highway motorvirksomhet, følgende å si:

“Cummins’ helt nye plattform tar forbrenningsmotoren til et nytt nivå, i stand til å møte fremtidige ultra‑lavutslippsstandarder, som EPA Tier 5 og EU Stage 6, sammen med en lav‑til‑null karbon drivstoffkapasitet som hjelper bygge- og steinbruddssider på en lavere kostnadsvei mot avkarbonisering. 15-liters har en betydelig økning i krafttetthet med et mer kompakt installasjonsomfang som gir utstyrsprodusenter muligheten til å gjøre mer med sine maskiner.”

Hvis vi diskuterer spesifikke tilfelle av hydrogenmotoren, den har direkte innsprøytning, lean‑burn forbrenning med ytelse fra 400 til 530 hk (298‑395 kW) og et maksimalt dreiemoment på 2600 N·m. Den trekker kraft fra null‑karbon grønt hydrogen, og kan bruke et 700‑bar trykk høy‑kapasitet drivstofflagringssystem for maksimal driftstid mellom påfyll. 

Versjonen forventes å være i full produksjon innen 2027. Selskapet vil produsere disse motorene med 15‑liters og 6,7‑liters slagvolumer. 

Motoren har fått validering fra bransjestakeholdere helt fra de tidlige dagene. I januar 2022, Werner Enterprises (Nasdaq: WERN), en ledende transport- og logistikkleverandør, bestemte seg for å begynne å validere og integrere Cummins’ 15‑liters hydrogen interne forbrenningsmotorer i sine kjøretøy.

Cummins rapporterte sine resultater for fjerde kvartal og hele året 2023 den 6. februar 2024. Inntektene for fjerde kvartal 2023 var $8,5 milliarder, en økning på 10 % fra samme kvartal i 2022, mens inntektene for hele året 2023 var $34,1 milliarder, 21 % høyere enn i 2022.

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

Toyota Motor Corporation bestilte Yamaha Motor til å utvikle den hydrogenmotoren for fremtiden. De fem selskapene—Kawasaki Heavy Industries, Subaru Corporation, Toyota Motor Corporation, Mazda Motor Corporation og Yamaha Motor—bestemte seg for å gjennomføre samarbeidsforskning for å utforske og utvide spekteret av drivstoffalternativer for interne forbrenningsmotorer som er egnet for karbonnøytralitet.

Mens han snakket om utviklingen, sa Yamaha Motor-president Yoshihiro Hidaka:

“Hydrogenmotorer har potensialet til å være karbonnøytrale samtidig som de holder vår lidenskap for den interne forbrenningsmotoren i live. Å samarbeide med selskaper med ulike bedriftskulturer og ekspertiseområder, samt å øke antallet partnere vi har, er hvordan vi ønsker å lede veien inn i fremtiden.”

I lanseringsarrangementet for motoren, så 5,0-liters V8 ut til å være basert på 5,0-liters motoren i Lexus RC F luksuriøs sportskupé, modifisert med injektorer, sylinderhoder, inntaksmanifold og mer. Motoren kan levere opptil 450 hk ved 6 800 rpm og et maksimalt dreiemoment på 540 Nm ved 3 600 rpm. Den høyytelses 5,0-liters 90-graders V8 DOHC 32-ventil motor ble konvertert av Yamaha til å bruke hydrogen. 

Ifølge sin årsrapport for 2023, registrerte Yamaha en konsernomfattende konsolidert omsetning på 451,4 milliarder yen med en kjerne driftsresultat på 45,9 milliarder yen. 

Motoren for BMW iX5 Hydrogen

BMW har testet sitt fremtidige kjøretøy siden 2023. Fra temperaturer opptil 45 °C til sand, støv, ulike skråninger og varierende fuktighetsnivåer, har selskapet testet alt. Selskapet finner også sin hydrogen brenselcelleteknologi egnet for daglig bruk i ekstreme undernull temperaturer. 

Når det gjelder detaljer, er BMW iX5 Hydrogen sitt brenselcellet system i stand til å levere en jevn høy ytelse på 125 kW/170 hk.

Toyota Motor Corporation har blitt bestilt til å produsere de enkelte cellene for BMW Group. BMW Group-fabrikken i Landshut lager innkapslingen for stabelen, som er det andre trinnet i den to‑trinns produksjonsprosessen. Første trinn innebærer å stable cellene og montere de andre komponentene. 

Brenselcellene som leverer ytelsen på 125 kW/170 hk er en innovativ kombinasjon som kommer fra BMW Groups Gen‑5-serie av BMW eDrive‑teknologier og et spesielt utviklet batteri. Når de kombineres, er oppsettet i stand til å tilby en effekt på opptil 285 kW/401 hk.

BMW Group har også vært ansvarlig for utviklingen av de dedikerte hydrogenkomponentene, inkludert høyoppløsningskompressoren med en turbin og høyspennings kjølevannspumpen. Den indre mekanismen i brenselcellen får hydrogenet fra tankene til å reagere med oksygen fra atmosfæren for å produsere elektrisitet som driver motoren. De to tankene i BMW iX5 Hydrogen kan holde totalt 6 kg av gassen og gir systemet en kjørelengde på 504 km i WLTP‑syklusen.

BMW-gruppene anser også iX5-motoren som fremtiden for påfylling, siden hydrogenpåfylling er raskere enn lading av en batterielektrisk bil.

BMWs tilknytning til hydrogen har vært helhetlig. Logistikken ved deres konsernfabrikk har brukt gassen siden 2013. Det var også selskapet som bygde Tysklands første innendørs hydrogenstasjon ved Leipzig‑anlegget. PaintShop ved Leipzig‑anlegget er også involvert i pilotprosjekter for bruk av hydrogen i kjøretøyproduksjon.

I 2023, BMW Group rapporterte årlige inntekter på omtrent 155,5 milliarder euro, en økning på 9 % fra 2022‑tallet på nesten 143 milliarder euro. 

Volvos hydrogenforbrenningsmotorer med høytrykksdirekte innsprøytning (HPDI)-teknologi

Volvo-truckene som skal komme med en hydrogenforbrenningsmotor vil ha høytrykksdirekte innsprøytning (HPDI) teknologi, som betyr at en liten mengde tenningsdrivstoff, injisert med høyt trykk, kan muliggjøre kompresjonstenning selv før hydrogen tilsettes. En av mange fordeler med denne teknologien er at den beholder høye nivåer av energieffektivitet med lavere drivstofforbruk. Den sikrer at motorens kraft ikke blir kompromittert i prosessen. 

Volvo Group har allerede signert en avtale med Westport Fuel Systems for å etablere et joint venture som bruker HPDI‑teknologi, som forventes å bli operativt i andre kvartal 2024. 

Mens han utdypet Volvos strategi med sine hydrogenmotorer, hadde Jan Hjelmgren, leder for produktledelse og kvalitet hos Volvo Trucks, følgende å si:

“Truckene, hvor den tradisjonelle interne forbrenningsmotoren fortsatt finnes men kjører på hydrogen, vil ha samme ytelse og pålitelighet som våre dieseltrucker, men med den ekstra fordelen av potensielt netto null CO₂‑utslipp fra vel til hjul. De vil være et verdifullt supplement til våre batterielektriske trucker, som har vært på markedet i flere år.”

Kundetester med Volvo‑trucker som bruker hydrogen i forbrenningsmotorer vil begynne i 2026, og truckene vil bli kommersielt tilgjengelige mot slutten av dette tiåret.

HPDI‑teknologi er et transformativt tillegg til hvordan våre transportsystemer vil fungere i fremtiden. Det takler utfordringene med å møte de regulatoriske kravene i Euro 7 og US EPA for lastebil- og off‑road‑utstyrsprodusenter globalt.

Injektoren med et dobbelt konsentrisk nåldesign kan redusere 97 % av CO₂‑utslippene. Det er grunnen til at trucker som kjører med denne teknologien kan kategoriseres som «nullutslippskjøretøy» under de avtalte nye EU‑CO₂‑utslippsstandardene. Motorene vil også produsere svært små mengder nitrogenoksider og partikler. 

I 2023, Volvo Groups valutajusterte nettoomsetning vokste med 11 % til 552,8 milliarder SEK, og justert driftsresultat økte til 77,6 milliarder SEK.

Klikk her for å lære hva som nylig gjorde hydrogen mer attraktivt som energikilde.

Hydrogenforbrenningsmotor utviklet i samarbeid av Kia og Hyundai

I et siste trekk som kan vise seg banebrytende, har Kia og Hyundai, to koreanske bilgigantene, gått sammen om å designe en hydrogenforbrenningsmotor. Motoren kan bli klar for personbiler innen 2025. 

Rapporter antyder at denne motoren kan potensielt løse alle problemene med holdbarhet og storskalavennlighet som hydrogenmotorer har møtt hittil. Prototypen er en 180‑200 hestekrefters 2‑liters hydrogenmotor med dreiemoment‑ og kraftkurver som er sammenlignbare med tilsvarende bensinmotorer i størrelse. Fordelen er at hydrogenmotoren presterer langt bedre når det gjelder drivstofforbruk. Motoren kan opprettholde høy termisk effektivitet gjennom hele driften ved å tilføre hydrogen i forbrenningskammeret med et trykk på 30 bar.

For å styrke produksjonen av motoren har Hyundai og Kia også inngått partnerskap med noen leverandører. For eksempel har de signert en intensjonsavtale med Next Hydrogen Corporation, et kanadisk selskap som spesialiserer seg på vannelektrolyseteknologi. Utviklingen av et alkalisk vannelektrolysesystem vil forbedre pris­konkurranseevnen til ren hydrogen for Hyundai og Kia.

Selskapet har også signert en avtale med W. L. Gore & Associates (Gore) for å i fellesskap utvikle avansert polymer elektrolyttmembran (PEM) for hydrogenbrenselcellesystemer. PEM gjør det mulig å overføre protoner mellom elektrodene i brenselcellen. Ettersom PEM hindrer den direkte kombinasjonen av innkommende hydrogen og oksygen, skjer selektiv ledning av protoner, og dermed genereres en elektrisk strøm som driver et kjøretøy.

Ifølge Chang Hwan Kim, leder for batteriutvikling og hydrogen‑ og brenselcelleutvikling hos Hyundai Motor Company og Kia Corporation:

“Vi går inn i neste kapittel av vårt partnerskap med Gore. Ved å utnytte de 15 årene med samarbeid, vil vi tilegne oss avansert brenselcelleteknologi og lede markedet for brenselcelle‑elektriske kjøretøy, og akselerere bevegelsen mot en bærekraftig fremtid.”

For regnskapsåret 2023, Hyundai registrerte en årlig omsetning på 162 664 milliarder KRW, en økning på mer enn 14 % fra 2022‑omsetningen på 142 152 milliarder KRW. I 2023 registrerte Kia en omsetning på 99 808 420 millioner KRW.

Fremtiden for hydrogenforbrenningsmotorer ser lovende ut som aldri før

Fra personbiler til lastebiler investerer alle ledende globale bilprodusenter så mange ressurser og forskningsmidler som mulig for å gjøre hydrogenforbrenningsmotorer til det beste alternativet for en karbonnøytral, bærekraftig, grønn fremtid. 

I tillegg til at de gir oss et rent miljø, er disse motorene overlegne på mange andre måter. For eksempel fjerner de behovet for en tung batteripakke, som er vanlig i elbiler. Hydrogen‑til‑elektrisitet‑omformerstabelen er kompakt og lettere enn et litium‑ion‑batteri med et drivverk med tilsvarende rekkevidde. Det tar bare 3 til 5 minutter for en hydrogenforbrenningsmotor å fylles opp, og energitettheten er minst 3‑ganger høyere sammenlignet med batterier, mens den kan kjøre 2‑3 ganger lenger mellom påfyll enn de fleste elbiler.

Her har vi hatt muligheten til å se på nesten alle de viktigste motortypene i kategorien som er klare til å bryte normen. Fremtiden kan godt forventes å være fylt med flere slike banebrytende innovasjoner.

Klikk her for å lære hvorfor hydrogen fortsatt kan være drivstoffet for fremtiden.