Novo sistema adapta motores a diesel para funcionar com 90% de hidrogênio

Engenheiros da UNSW Sydney converteram com sucesso um motor diesel para funcionar como um motor híbrido hidrogênio-diesel, reduzindo as emissões de CO₂ em mais de 85% no processo.

A equipe, liderada pelo professor Shawn Kook, da Escola de Engenharia Mecânica e de Fabricação, passou cerca de 18 meses desenvolvendo o sistema de combustível duplo de injeção direta de hidrogênio-diesel, o que significa que os motores a diesel existentes podem funcionar usando 90% de hidrogênio como combustível.

Os pesquisadores dizem que qualquer motor a diesel usado em caminhões e equipamentos nas indústrias de transporte, agricultura e mineração pode ser adaptado ao novo sistema híbrido em apenas alguns meses.

O hidrogênio verde, que é produzido usando fontes limpas de energia renovável, como eólica e solar, é muito mais ecológico do que o diesel.

E em um artigo publicado no International Journal of Hydrogen Energy, a equipe do Prof. Kook mostra que o uso de seu sistema patenteado de injeção de hidrogênio reduz as emissões de CO₂ para apenas 90 g/kWh – 85,9% abaixo da quantidade produzida pelo motor movido a diesel.

“Esta nova tecnologia reduz significativamente as emissões de CO₂ dos motores a diesel existentes, de modo que pode desempenhar um papel importante em tornar nossa pegada de carbono muito menor, especialmente na Austrália, com todas as nossas indústrias de mineração, agricultura e outras indústrias pesadas, onde os motores a diesel são amplamente utilizados”, diz o Prof. Kook.

“Mostramos que podemos pegar os motores a diesel existentes e convertê-los em motores mais limpos que queimam combustível de hidrogênio.

“Ser capaz de adaptar motores a diesel que já existem é muito mais rápido do que esperar pelo desenvolvimento de sistemas de células de combustível completamente novos que podem não estar disponíveis comercialmente em maior escala por pelo menos uma década.

“Com o problema das emissões de carbono e das mudanças climáticas, precisamos de soluções mais imediatas para lidar com a questão desses muitos motores a diesel atualmente em uso”.

Injeção direta de hidrogênio de alta pressão

A solução da equipe da UNSW para o problema mantém a injeção original de diesel no motor, mas adiciona uma injeção de combustível de hidrogênio diretamente no cilindro.

A pesquisa colaborativa, realizada com o Dr. Shaun Chan e o professor Evatt Hawkes, descobriu que a injeção direta de hidrogênio com tempo cronometrado controla a condição da mistura dentro do cilindro do motor, o que resolve as emissões prejudiciais de óxido de nitrogênio que têm sido um grande obstáculo para a comercialização de motores a hidrogênio.

“Se você simplesmente colocar hidrogênio no motor e deixar tudo se misturar, você obterá muitas emissões de óxido de nitrogênio (NO_x ), que é uma causa significativa de poluição do ar e de chuva ácida”, diz o Prof. Kook.

“Mas mostramos em nosso sistema se você o estratificar – ou seja, em algumas áreas há mais hidrogênio e em outras há menos hidrogênio -, podemos reduzir as emissões de NO_x abaixo de um motor puramente a diesel.”

É importante ressaltar que o novo sistema de combustível duplo de injeção direta de hidrogênio e diesel não requer hidrogênio extremamente puro, que deve ser usado em sistemas alternativos de célula a combustível de hidrogênio e é bem mais caro de produzir.

E em comparação com os motores diesel existentes, uma melhoria de eficiência de mais de 26% foi constatada na versão híbrido diesel-hidrogênio.

Essa eficiência aprimorada é alcançada pelo controle independente do tempo de injeção direta de hidrogênio, bem como do tempo de injeção de diesel, permitindo o controle total dos modos de combustão – combustão de hidrogênio pré-misturada ou controlada por mistura.

A equipe de pesquisa espera poder comercializar o novo sistema nos próximos 12 a 24 meses e deseja consultar possíveis investidores.

Eles dizem que o uso potencial mais imediato para a nova tecnologia é em locais industriais onde já existem linhas permanentes de fornecimento de combustível de hidrogênio.

Isso inclui locais de mineração, onde estudos mostraram que cerca de 30% das emissões de gases de efeito estufa são causadas pelo uso de motores a diesel, principalmente em veículos de mineração e geradores de energia.

E o mercado australiano de geradores de energia somente a diesel é estimado atualmente em cerca de US$ 765 milhões.

“Nos locais de mineração, onde o hidrogênio é canalizado, podemos converter os motores a diesel existentes que são usados ​​para gerar energia”, diz o Prof. Kook.

“Em termos de aplicações em que o combustível de hidrogênio precisaria ser armazenado e movimentado, por exemplo, em um motor de caminhão que atualmente funciona exclusivamente com diesel, também precisaríamos implementar um sistema de armazenamento de hidrogênio para ser integrado ao nosso sistema de injeção.

“Eu acho que a tecnologia geral em relação ao armazenamento móvel de hidrogênio precisa ser desenvolvida ainda mais porque no momento isso é um grande desafio.”