30 Aprilie 2026, 15:52
Redacţia PiataAuto.md
Hidrogenul e elementul cu proprietăţi chimice intrigante, care continuă să-i inspire pe ingineri, fizicieni şi chimişti în a găsi metode tot mai eficiente de a-i folosi energia uriaşă conţinută în el, raportată la masa sa. Totuşi, în lumea reală hidrogenul, chiar dacă e uşor, are nevoie de volume mari de stocare, iar dacă se doreşte stocarea lichidă, are nevoie de temperaturi criogenice de -253 grade, cu sisteme complexe, care pot menţine această temperatură fie pe o perioadă limitată, fie foarte energofag. Şi apoi, mai există şi ineficienţele mari din tot lanţul de utilizare — pornind de la procesul iniţial de producţie prin electroliză, unde se pierde energie prin căldură şi continuând cu procesul de folosire a lui în propulsie. Hidrogenul poarte fi folosit atât prin combustie directă, în motoare cu ardere internă, cât şi prin oxidare electrochimică în pile combustie, generând electricitate, care să alimenteze electromotoare de tracţiune. În ambele cazuri, însă, există limitări de randament — combustia de hidrogen întâmpină limitările obişnuite ale motoarelor cu ardere internă, în timp ce pilele de combustie au un randament de circa 55% de obicei, restul disipându-se în căldură. Ei bine, acum o echipă de ingineri de la Universitatea Otto von Guericke din Magdeburg, Germania, au creat un nou motor cu combustie de hidrogen cu randament record, graţie unei idei geniale de recirculare a gazelor.
Foto: Echipa de ingineri şi noul motor experimental cu combustie de hidrogen
Inginerii au analizat iniţial care sunt ineficienţele chimice şi fizice ale proceselor actuale de combustie a hidrogenului în motoare cu ardere internă. Atunci când hidrogenul ajunge în cilindru în rol de combustibil, valvele de admisie se deschid exact ca la un motor obişnuit cu ardere internă şi lasă aerul să pătrundă, pentru ca oxigenul din el să servească procesului de combustie.
Dar aerul atmosferic conţine doar circa 21% oxigen. Circa 78% din aer e azotul, care participă în cilindri la ardere. Azotul nu arde, fiind în tranzit prin cilindru, şi doar la temperaturi mari de ardere şi presiune o parte din el se poate asocia cu oxigenul pentru a forma NOx-ul. Pentru întreg procesul, însă, azotul e un balast termic, reducând din eficienţa lucrului mecanic, deci reducând eficienţa termodinamică a procesului.
Totuşi, inginerii au făcut o analiză a întregului tablou şi au gândit neconvenţional. Dacă în rezultatul arderii hidrogenului produsul rezultat e apa şi azotul care iese din tranzit, iar CO2-ul lipseşte, de ce nu s-ar concepe o recirculare de gaze, în stil asemănător EGR-ului?
Apoi, a venit şi ideea cheie genială — ce ar fi dacă în loc de azot, care e un balast termic, aşa cum spuneam, să fie folosit un gaz inert, care ar participa mult mai mult la lucrul mecanic?
Aceştia au reconceput astfel întreaga circulaţie de elemente-cheie în motor şi au ales argonul drept gaz inert pentru a-l folosi în loc de azot. Argonul are caracteristici mult mai bune — raportul căldurilor specifice este mai mare (1,67), faţă de aer, (1,4), iar asta creşte eficienţa termodinamică a ciclului.
Dar înlocuirea azotului din ardere cu argonul înseamnă că atunci când se deschid valvele de admisie ale motorului, pe acolo nu mai trebuie să pătrundă aer atmosferic, cu 78% de azot. Şi intuiţia e corectă — motorul nu mai foloseşte deloc aer atmosferic, ci oxigen curat, pe de o parte, şi argon de cealaltă parte.
Astfel, la fiecare ciclu de combustie, motorul face un amestec de oxigen şi argon, şi-l introduce în cilindru prin valve de admisie, iar injectoarele introduc hidrogenul în rol de combustibil. Procesul de combustie are loc cu o eficienţă termodinamică mult mai mare, iar prin valve de evacuate sunt evacuate produsele finale, sunt formă de vapori de apă, din nou, ca produs dintre H2 şi O2, iar argonul e parte din acele gaze de evacuare. Doar că motorul nu le expulzează pur şi simplu în aer.
Urmează o fază de tratare prin recuperare de căldură şi condensare a gazelor de evacuare la temperaturi mai mic de 100 grade Celsius, astfel încât apa să se condenseze şi să se separe complet de argon. Acest proces de separare e mult mai uşor, întrucât nu există impurităţile obişnuite, iar argonul are o temperatură de condensare mult mai mică faţă de apă. După ce a avut loc condensarea, apa e eliminată din sistem, printr-o scurgere simplă prin ţeava de eşapament, iar argonul separat e recirculat, fiind întors înapoi pentru un nou ciclu de combustie.
Astfel, motorul are o cantitate de argon pe care o tot refoloseşte, fără a consuma acest gaz inert. Se consumă doar hidrogenul, care trebuie alimentat. Dar, întrucât e nevoie de oxigen pur, asta înseamnă că e nevoie şi de un rezervor de oxigen la bord.
Partea impresionantă e că prin această recirculare, randamentul combustiei a crescut enorm. Dacă încercările fără adaptări avansate de combustie în motoare adaptate, dau un randament de 35-40% la combustia de hidrogen, deocamdată vârful eficienţei implementată mai larg a ajuns la 45%. Noul motor al inginerilor germani a atins 60% randament, ceea ce-l face să-şi adjudece un record de randament.
Chiar şi la un asemenea randament, dacă o maşină ar avea un rezervor de 7,5 kg de hidrogen, ea ar avea nevoie şi de un rezervor de 60 kg de hidrogen, ceea ce, la 200 bari presiune, ar însemna un volum de 230 litri ocupat cu oxigen. Nu e foarte practic pentru un autoturism, tocmai de asta inginerii spun că inovaţia lor e mult mai practică la camioane sau chiar motoare navale, care trebuie să funcţioneze la parametrii mari constant, şi unde un rezervor pe măsură de oxigen ar putea fi alocat uşor.
Totuşi, inginerii germani spun că există şi mici imperfecţiuni în conceptul lor, care trebuie rezolvate până la producţia de serie. Deoarece motorul nu emite deloc gaze în atmosferă, ci doar scurge apa rezultată, în timp de la mici cantităţi de ulei ars în combustie, se adună CO2 de la acel ulei. Motorul nu e în doi timpi, ci în patru, dar oricum în tip există un consum mic de ulei. Iar uleiul fiind format din hidrocarburi, arderea lui produce CO2. Acel CO2 nefiind evacuat, ajunge să devină parte din gazul de lucru, alături de argon, ceea ce alterează eficienţa. E nevoie deci, de o curăţare sau extragere a CO2-ului acumulat astfel din sistem. Iar inginerii analizează care ar fi cea mai eficientă cauză de a face asta fără a pierde argonul din circuitul intern.
E o problemă relativ minoră, însă, la fel ca şi consumul minuscul de argon din sistem. Randamentul mare, însă, face ca acest motor să fie excepţional de eficient, depăşind efectiv şi pilele de combustie în eficienţă. Şi inginerii germani spun că imediat ce au publicat rezultatele şi parametrii studiului lor în cadrul căruia au creat acest motor au fost contractaţi de producători de top ai motoarelor navale pentru a li se propune cooperare pentru a duce acest nou motor la producţia de serie în domeniul motoarelor mari de nave.
0
9,878
ŞTIRI DE CARE AŢI PUTEA FI INTERESAT