Şekli Değiştirecek 5 Hidrojen Yanma Motoru

Hidrojen yanması, önemli çevresel değer ve performans sunan en umut vaat eden yakıt seçeneklerinden biri olarak ortaya çıktı. Tasarım seviyesinde, bu motorlar dört on yılı aşkın bir geçmişe sahiptir.

1970 yılında mucit Paul Dieges, hidrojenle çalışabilen gaz motorlu içten yanmalı motorları mümkün kılan bir modifikasyonu patente kaydettirdi. O zamandan beri, bu teknoloji araçları, otomobilleri ve otobüsleri güçlendirme konusunda büyük ilerleme kaydetti. Potansiyeli o kadar büyük ki gelecekteki ticari uçaklar da hidrojen’i birincil yakıt olarak benimseyebilir.

Hidrojen Yanma Motorlarında, sıvı ya da gaz hâlindeki hidrojen, modifiye edilmiş bir gaz türbini motorunda yanarak itiş gücü üretir. Bu süreç, geleneksel içten yanmalı motorları taklit eder ancak hidrojen, fosil yakıt yerine geçer.

Kullanımı ve önemi arttıkça, hangi HYE’nin (hidrojen yanma motoru) en heyecan verici geleceğe sahip olacağı konusunda spekülasyonlar artıyor. Aşağıdaki bölümlerde, şekli değiştirecek beş hidrojen yanma motoruna bakacağız.

Cummins 15-Litre Hidrojen Motoru

Cummins’in 15 litrelik motor platformu, temelde yakıt bağımsızdır. Hidrojen, doğal gaz ve dizel ile uyumludur. Ancak hidrojenle kullanıldığında, düşükten sıfıra karbon yakıt yeteneği aralığının en iyi versiyonu haline gelerek şekli değiştirebilir ve ağır hizmet dışı uygulamaların karbonsuzlaştırılmasını optimum seviyeye hızlandırabilir. 

Özelliği hakkında konuşurken, Cummins Global Off-highway Engine Business Başkan Yardımcısı Antonio Leitao şu sözleri söyledi:

“Cummins’in tamamen yeni platformu, içten yanmayı yeni bir seviyeye taşıyarak EPA Tier 5 ve EU Stage 6 gibi gelecekteki ultra düşük emisyon standartlarını karşılayabilme yeteneğine sahiptir; ayrıca düşükten sıfıra karbon yakıt yeteneği, inşaat ve taş ocakları gibi alanları daha düşük maliyetli bir karbonsuzlaştırma yoluna yönlendirmeye yardımcı olur. 15 litrelik motor, daha kompakt bir kurulum alanı ile güç yoğunluğunda önemli bir artış sağlar ve ekipman üreticilerine makineleriyle daha fazlasını yapabilme imkanı sunar.”

Hidrojen motorunun özel durumunu tartışırsak, doğrudan enjeksiyonlu, zengin olmayan yanma ile 400-530 hp (298-395 kW) arasında güç ve 2600 N·m tepe tork sunar. Sıfır karbonlu yeşil hidrojenden güç alarak, yeniden yakıt doldurma arasındaki maksimum çalışma saatleri için 700 bar basınçlı yüksek kapasiteli bir yakıt depolama sistemi kullanabilir. 

Bu versiyonun 2027 yılına kadar tam üretime geçmesi bekleniyor. Şirket, bu motorları 15 litrelik ve 6.7 litrelik hacimlerde üretecek. 

Motor, çok erken aşamalardan itibaren sektör paydaşlarından doğrulama alıyor. Ocak 2022’de, önde gelen bir taşıma ve lojistik sağlayıcısı olan Werner Enterprises (Nasdaq: WERN), Cummins’in 15 litrelik hidrojen içten yanmalı motorlarını araçlarında doğrulamaya ve entegre etmeye karar verdi.

Cummins, 6 Şubat 2024’te 2023 yılı dördüncü çeyrek ve tam yıl sonuçlarını bildirdi. 2023 dördüncü çeyrek gelirleri 8,5 milyar dolar olup, 2022 aynı çeyreğe göre %10 artış gösterdi; tam yıl gelirleri ise 34,1 milyar dolar olup, 2022’ye göre %21 daha yüksek.

Toyota için Yamaha’nın %100 Hidrojenli 5.0 Litre V8 Motorları

Toyota Motor Corporation, geleceğin hidrojen motorunu geliştirmesi için Yamaha Motor’a görev verdi. Kawasaki Heavy Industries, Subaru Corporation, Toyota Motor Corporation, Mazda Motor Corporation ve Yamaha Motor olmak üzere beş şirket, karbon nötrlüğüne uygun içten yanmalı motorlar için yakıt seçenekleri yelpazesini keşfetmek ve genişletmek amacıyla ortak araştırma yapmaya karar verdi.

Geliştirme hakkında konuşurken, Yamaha Motor Başkanı Yoshihiro Hidaka şu sözleri söyledi:

“Hidrojen motorları, içten yanmalı motorlara olan tutkumuzu aynı anda korurken karbon-nötr olma potansiyeline sahiptir. Farklı kurumsal kültürlere ve uzmanlık alanlarına sahip şirketlerle iş birliği yapmak ve ortak sayımızı artırmak, geleceğe yön vermenin yoludur.”

Motorun tanıtım etkinliğinde, 5.0 litrelik V8, Lexus RC F lüks spor coupe üzerindeki 5.0 litrelik motordan türetilmiş, enjektörler, silindir kapağı, emme manifoldu ve daha fazlası modifiye edilmiştir. Motor, 6.800 rpm’de 450 hp ve 3.600 rpm’de 540 Nm maksimum tork üretebilir. Yüksek performanslı 5.0 litrelik 90 derece V8 DOHC 32-valf motor, Yamaha tarafından hidrojen kullanacak şekilde dönüştürülmüştür. 

2023 yıllık raporuna göre, Yamaha grup çapında 451,4 milyar Yen konsolide gelir ve 45,9 milyar Yen temel işletme karı kaydetti.

BMW iX5 Hydrogen için Motor

BMW, 2023’ten bu yana gelecekteki aracını test ediyor. 45°C’ye kadar sıcaklıklardan, kum, toz, çeşitli eğimlere ve değişen nem seviyelerine kadar her şeyi test etti. Şirket ayrıca hidrojen yakıt hücresi teknolojisinin aşırı sıfır altı sıcaklıklarda günlük kullanım için uygun olduğunu buldu.

Detaylara gelince, BMW iX5 Hydrogen’ın yakıt hücresi sistemi sürekli olarak 125 kW/170 hp yüksek bir çıkış sağlayabilir.

Toyota Motor Corporation, BMW Grubu için bireysel hücrelerin üretimini üstlenmiştir. BMW Group Plant, Landshut, iki aşamalı üretim sürecinin ikinci aşaması olan yığının muhafazasını üretir. İlk aşama hücrelerin istiflenmesi ve diğer bileşenlerin yerleştirilmesini içerir.

125 kW/170 hp performansı sağlayan yakıt hücreleri, BMW Grubu’nun Gen-5 BMW eDrive teknolojileri serisi ve özel olarak geliştirilen bir bataryanın yenilikçi bir kombinasyonudur. Birleştirildiğinde, sistem 285 kW/401 hp’ye kadar çıkış sunabilir.

BMW Grubu ayrıca yüksek çözünürlüklü bir türbünlü kompresör ve yüksek voltajlı soğutma pompası gibi özel hidrojen bileşenlerinin geliştirilmesinden sorumludur. Yakıt hücresinin iç mekanizması, tanklardaki hidrojeni atmosferik oksijenle reaksiyona sokarak motoru besleyen elektrik üretir. BMW iX5 Hydrogen’da bulunan iki tank, toplam 6 kg gaz depolayabilir ve WLTP döngüsünde 504 km menzil sağlayabilir.

BMW grupları ayrıca iX5 motorunu, hidrojen yakıtlamasının batarya elektrikli bir aracı şarj etmekten daha hızlı olması nedeniyle geleceğin yakıtlama yöntemi olarak görüyor.

BMW’nin hidrojenle ilişkisi bütüncül olmuştur. Grup tesis lojistiği 2013’ten beri bu gazı kullanmaktadır. Ayrıca Leipzig tesisinde Almanya’nın ilk kapalı hidrojen istasyonunu kuran şirket de BMW’dir. Leipzig Tesisindeki Boya Atölyesi, araç üretiminde hidrojen kullanımını denemeye de katılmaktadır.

2023’te,BMW Group, yaklaşık 155,5 milyar Euro yıllık gelir bildirdi, bu da 2022’deki yaklaşık 143 milyar Euro’luk rakamdan %9 artış anlamına geliyor.

Volvo’nun Yüksek Basınçlı Direkt Enjeksiyon (HPDI) Teknolojili Hidrojen Yanma Motorları

Volvo kamyonları, hidrojen yanma motoru ile gelecek ve yüksek basınçlı direkt enjeksiyon (HPDI) teknolojisine sahip olacak; bu, yüksek basınçla enjekte edilen az miktarda tutuşma yakıtının, hidrojen eklenmeden önce bile sıkıştırma tutuşmasını sağlayabileceği anlamına gelir. Bu teknolojinin birçok faydasından biri, daha düşük yakıt tüketimiyle yüksek enerji verimliliğini korumasıdır. Bu süreçte motor gücünün azalmamasını sağlar. 

Volvo Group, HPDI teknolojisini kullanan bir ortak girişim kurmak için Westport Fuel Systems ile bir anlaşma imzaladı; bu girişimin 2024’ün ikinci çeyreğinde faaliyete geçmesi bekleniyor. 

Volvo’nun hidrojen motorları stratejisini açıklarken, Volvo Trucks Ürün Yönetimi ve Kalite Başkanı Jan Hjelmgren şu sözleri söyledi,  

“Geleneksel içten yanmalı motorun hâlâ bulunduğu ancak hidrojenle çalışan kamyonlar, dizel kamyonlarımızla aynı performans ve güvenilirliğe sahip olacak, ancak yol başından tekerleğe kadar potansiyel olarak net sıfır CO2 emisyonu avantajı da sağlayacak. Bunlar, birkaç yıldır piyasada olan batarya elektrikli kamyonlarımız için değerli bir tamamlayıcı olacak.”

Müşteri testleri, hidrojenli yanma motorlu Volvo kamyonları için 2026’da başlayacak ve kamyonlar bu on yılın sonlarına doğru ticari olarak sunulacak. 

HPDI teknolojisi, ulaşım sistemlerimizin gelecekte nasıl çalışacağına dönüştürücü bir ekdir. Euro 7 ve ABD EPA düzenlemelerinin taşıma ve off-road ekipman üreticileri için getirdiği zorlukları ele alır.

İkili konik iğne tasarımlı enjektör, CO2 emisyonlarının %97’sini azaltabilir. Bu nedenle bu teknolojiyle çalışan kamyonlar, yeni AB CO2 emisyon standartları kapsamında “Sıfır Emisyonlu Araçlar” olarak sınıflandırılabilir. Motorlar ayrıca çok az miktarda azot oksit ve partikül üretecek. 

2023’te, Volvo Group’un döviz ayarlı net satışları %11 artarak 552,8 milyar SEK oldu ve düzeltilmiş işletme geliri 77,6 milyar SEK’ye yükseldi.

Son zamanlarda hidrojenin enerji kaynağı olarak daha çekici hale gelmesini öğrenmek için buraya tıklayın.

Kia ve Hyundai İşbirliğiyle Geliştirilen Hidrojen Yanma Motoru

Öncü olma potansiyeli taşıyan son bir adımda, iki Kore otomobil devi Kia ve Hyundai, bir hidrojen yanma motoru tasarlamak için iş birliği yaptı. Motor, 2025 yılına kadar binek arabalara hazır hale gelebilir. 

Raporlar, bu motorun tüm dayanıklılık ve ölçeklenebilirlik sorunlarını potansiyel olarak çözebileceğini gösteriyor. Prototip, 180-200 beygir gücünde 2 litrelik bir hidrojen motoru ve benzinli eşdeğer motorlarla karşılaştırılabilir tork ve güç eğrilerine sahip. Hidrojen motorunun yakıt tüketimi konusunda çok daha iyi olduğu avantajı var. Motor, 30 bar basınçta hidrojen enjekte edilerek yüksek termal verimliliği sürdürür.

Motorun üretimini artırmak için Hyundai ve Kia, birkaç tedarikçiyle ortaklıklar kurdu. Örneğin, Kanada merkezli su elektrolizi teknolojisinde uzmanlaşmış Next Hydrogen Corporation ile bir mutabakat zaptı imzaladılar. Alkali su elektroliz sistemi geliştirilmesi, Hyundai ve Kia için temiz hidrojenin fiyat rekabetçiliğini artıracak.

Şirket ayrıca W. L. Gore & Associates (Gore) ile hidrojen yakıt hücresi sistemleri için gelişmiş bir polimer elektrolit membranı (PEM) ortak geliştirmek üzere bir anlaşma imzaladı. PEM, yakıt hücresindeki elektrotlar arasında proton transferini kolaylaştırır. PEM, gelen hidrojen ve oksijenin doğrudan birleşmesini engelleyerek protonların seçici iletimini sağlar ve bu da bir elektrik akımı üreterek aracı güçlendirir.

Hyundai Motor Company ve Kia Corporation’da Batarya Geliştirme ve Hidrojen ve Yakıt Hücresi Geliştirme Başkanı Chang Hwan Kim’e göre:

“Gore ile ortaklığımızın bir sonraki bölümüne giriyoruz. 15 yıllık iş birliğinden faydalanarak gelişmiş yakıt hücresi teknolojisini edinecek ve yakıt hücresi elektrikli araç pazarına yön verecek, sürdürülebilir bir geleceğe doğru hareketi hızlandıracağız.”

2023 mali yılı için, Hyundai, 162,664 milyar KRW yıllık gelir kaydetti; bu, 2022’deki 142,152 milyar KRW gelirinden %14’ten fazla bir artış. 2023’te Kia, 99,808,420 milyon KRW gelir kaydetti.

Hidrojen Yanma Motorlarının Geleceği Her Zamankinden Daha Ümit Verici

Binek araçlardan kamyonlara, tüm önde gelen küresel otomobil üreticileri, Hidrojen Yanma Motorlarını karbon-nötr, sürdürülebilir, yeşil bir gelecek için en iyi seçenek haline getirmek amacıyla mümkün olduğunca çok kaynak ve araştırma yatırıyor. 

Temiz bir ortam sunmanın yanı sıra, bu motorlar birçok açıdan da üstün. Örneğin, EV’lerde yaygın olan ağır batarya paketine ihtiyaç duymazlar. Hidrojen-elektrik dönüştürücü yığını, lityum-iyon bataryasına göre daha kompakt ve hafiftir ve benzer menzilli bir güç aktarma organı sağlar. 3 ila 5 dakika içinde bir hidrojen yanma motoru yeniden yakıt doldurulabilir ve enerji yoğunluğu bataryalara göre en az üç kat daha fazladır; bir doldurma ile çoğu EV’den 2-3 kat daha uzun bir menzil elde edebilir.

Burada, şekli değiştirecek kategori içindeki neredeyse tüm büyük motor tiplerine göz atma şansı bulduk. Gelecek, bu tür daha fazla keskin yenilikle dolu olması beklenebilir.

Gelecekte hidrojenin hâlâ yakıt olabileceğini öğrenmek için buraya tıklayın.