A hidrogén zöldebbé teszi a mobil gépek meghajtását
A klímasemleges hidrogénnel működő belsőégésű motorok és üzemanyagcellák felhasználhatók az off-road gépek meghajtására. Az Agritechnica kiállítással párhuzamosan zajló hannoveri Systems & Components rendezvényen gyakorlati megoldásokat kínálnak a hidrogénnel működő belsőégésű motorok és üzemanyagcellás technológiák számára, amelyek az elektromos meghajtás mellett különböző hibrid konfigurációkban használhatók a terepen dolgozó munkagépekben.
A november 12. és 18. között megrendezésre kerülő B2B piactér a fejlesztőknek és a tervezőmérnököknek kínál információs és vitafórumot a legújabb fejlesztések és alternatív üzemanyagok témakörében. A látogatók megnézhetik, hogyan nézhet ki egy hidrogénhajtású kotrógép vagy traktor „ideális” hajtáslánca.
A modern hidrogénmotorok a fenntartható jövőhöz igazított, jól ismert és bevált égéstechnológián alapulnak. Ennek a stratégiának az előnyei könnyen beláthatóak: a hidrogén égésű motor ugyanabba a gépbe építhető be, mint egy dízelmotor, és ugyanazt a sebességváltót, hűtő- és hidraulikarendszert használja. A motor poros környezetben is működhet, ellenáll a komoly rezgéseknek, és minden méretben és konfigurációban elérhető. A hidrogénüzemű hajtásláncra való átállásnál a járműgyártók és a flottaüzemeltetők maradhatnak a megszokott felépítésnél, amelyben a dugattyús motor hidrogénnel működik, nem pedig dízellel, benzinnel vagy földgázzal.
BEVÁLT ALAP, FENNTARTHATÓ ÜZEMANYAG
Az üzemanyagcellával ellentétben a hidrogén belsőégésű motor olcsó alternatíva, amely a jelenlegi gyártási infrastruktúrával gyorsan megvalósítható, így a mezőgazdaságban és az építőiparban nulla szén-dioxid-kibocsátású mobilitás érhető el vele. Míg hatásfoka alacsony és közepes terhelésnél alacsonyabb, mint az üzemanyagcelláé, teljes terhelésnél magasabb. Emiatt a szakértők, mint például Dr. Thomas Pauer, a Bosch Powertrain Solutions divíziójának elnöke, a hidrogénmotort az off-road piacokra való bevezető technológiának tekintik, és az üzemanyagcellás technológia kiegészítésének, amely a nehézgépjárművek és a munkagépek területén gyorsan eléri a határait. „Az építőipari gépek gyakran nyugalmi állapotban, nagy terhelés mellett dolgoznak, és éppen itt a hidrogénmotor kiemelkedik magas hatékonyságával és robusztusságával” – hangsúlyozza Pauer. Ennek a koncepciónak a példája a Deutz TCG 7.8 H2, egy hathengeres motor, amely egy meglévő moduláris motorrendszeren alapul, és alkalmas off-road használatra. Nem bocsát ki szén-dioxidot, és 220 kilowatt teljesítményt nyújt. Amellett, hogy a motor kísérleti alkalmazása egy áramfejlesztő aggregátban (kombinált motor és generátor) történik, a HyCET projekt részeként egy 18 tonnás teherautóban is bemutatja képességeit. A Deutz már most tervezi a motor sorozatgyártásának megkezdését 2024-ben.
„A hidrogén felhasználásával számos nehézgépjármű és munkagép alkalmazás gyorsan klímasemlegessé tehető” – erősíti meg Dr. Peter Wieske, a Mahle vállalati fejlesztési mérnök igazgatója. Mindazonáltal a motor kopogásának és korai gyújtásának megelőzése a sűrítési arány, a motor hatásfokának és teljesítményhozamának fenntartása mellett kihívást jelent. Ebben döntő szerepet játszik a Mahle Powertrain által a Liebherr Machines Bulle számára kifejlesztett előkamrás gyújtás. Ahhoz, hogy a nagy sűrítés ellenére stabilan kopogásmentes üzemet érjünk el, a hidrogénmotoroknak olyan légfelesleggel kell működniük, ami mellett a hagyományos gyújtógyertya képtelen a keverék begyújtására.
ELŐKAMRÁS TECHNOLÓGIA A STABIL ÉGÉSÉRT
A Mahle Jet Ignition (MJI) úgy oldja meg ezt a problémát, hogy a henger előkamrájában kis mennyiségű gyúlékony keveréket gyújt meg. Az így keletkező gázplazma kis nyílásokon keresztül a fő égéstérbe kerül, ahol nagy energiatartalmának köszönhetően gyorsan és egyenletesen meggyújtja a fő gázkeveréket. A vállalat szerint a Liebherr H966 és H964 motorjaival végzett tesztek kiemelkedő eredményeket mutattak az égési sebesség, a teljesítmény és a károsanyag-kibocsátás tekintetében. A H966 a Liebherr új lánctalpas kotrógépének, az R9XX H2-nek a központi eleme. Ez egy olyan hidrogénmotort használ, amelyet a helyszíni tesztekhez fejlesztettek ki, és amely portos üzemanyag-befecskendezésen (PFI) alapul. Az ezzel a technológiával elért eredmények megmutatják a hidrogénhajtásban rejlő lehetőségeket a terepi alkalmazásokban.
A Liebherr további hidrogénalapú meghajtási technológiákon is dolgozik, mint például a H2 közvetlen befecskendezés (DI). Ez utóbbi nagyobb teljesítménysűrűséget ígér, mint a H2 portos üzemanyag-befecskendezés, és ezért alkalmas az építőipar és a bányászat igényes nehézipari alkalmazásaihoz. A Bosch szintén dolgozik portos vagy közvetlen üzemanyag-befecskendezéses rendszereken, és világszerte több mint 100 projektben vesz részt. Az új AFI-LP injektor (alternatív üzemanyag-befecskendező – alacsony nyomás) a hidrogén közvetlen befecskendezése mellett más üzemanyagokat, például metanolt is képes használni, így a motorgyártók számára a lehető legnagyobb rugalmasságot biztosítja.
A Liebherr célja, hogy 2025-re megkezdje hidrogénmotorjainak tömeggyártását. A Bosch-hoz hasonlóan a technológiai vállalat is kutatást folytat a befecskendezési megoldások terén az égés és a teljesítménysűrűség további optimalizálása érdekében. „Mérnöki csapatunk alternatív üzemanyagokkal kapcsolatos szakértői tudása központi jelentőségű ebben a fejlesztésben” – magyarázza Bouzid Seba, a Liebherr Machines Bulle fejlett fejlesztési vezetője. Kijelentése aláhúzza azt a nyitott technológiai megközelítést, amelyet a Liebherr a különböző technológiákkal és az azokhoz megfelelő üzemanyagokkal való foglalkozás során alkalmaz. A hidrogénhajtású motorok mellett jelenleg több kutatási projekt is folyik az alternatív üzemanyagokkal kapcsolatban. Ennek egyik példája egy olyan, kettős üzemanyaggal működő motor, amely hidrogénnel és HVO-val (hidrogénezett növényi olajjal) vagy csak HVO-val működhet. A Systems & Components kiállításon bemutatott dízelmotorok közül sok már teljes mértékben kompatibilis a megújuló HVO üzemanyagokkal, ami máris közelít a nulla szén-dioxid-kibocsátási célhoz.
A MOTOR TELJESÍTMÉNYÉNEK ÚJRAGONDOLÁSA
Ezek a tevékenységek azt mutatják, hogy az alternatív üzemanyagokhoz optimalizált motorokra van szükség, amelyeket az alapoktól kezdve kompatibilitásra terveztek, és a Cummins ilyen új motorplatformokon dolgozik. „A cél egy nagyobb teljesítménysűrűségű, hatékonyabb motor elérése, jobb hűtés és csökkentett súrlódás megvalósításával” – mondta Srikanth Padmanabhan, a Cummings motorüzletágának elnöke. A cél itt is az, hogy elkerüljük a teljesítménykorlátozásokat és egyéb kompromisszumokat, amelyek a jelenlegi dízel- vagy földgázmotorok hidrogénre való átállásával kapcsolatosak.
Az egyik, még megoldatlan probléma a tartálykapacitás, mivel a hidrogén azonos energiatartalom mellett lényegesen nagyobb térfogatot foglal el, mint a dízel – körülbelül öt-nyolcszor akkorát, mint a tartály térfogata. A stabil, szénszálas nyomástartó tartályok egy lehetséges megközelítést jelentenek arra, hogy nagyobb mennyiségű hidrogént biztosítsanak egy üzemanyagcella vagy egy belsőégésű motor számára.
Ugyanakkor gyakorlatias megoldások is készülnek, mint például a JCB mobil üzemanyagtöltő egysége. A brit építő- és mezőgazdasági gépgyártó több mint 100 millió fontot fektetett be a nagy hatékonyságú hidrogénmotorok fejlesztésébe, és már bemutatta egy kotrógép és egy teleszkópos rakodó működő prototípusát. Ezeket most egy mobil töltőállomással egészítik ki, amely lehetővé teszi a gépek gyors és egyszerű feltöltését a helyszínen. Az eljárás megegyezik az építkezéseken alkalmazott eljárással, ahol a hagyományos meghajtású gépeket tartálykocsiból származó gázolajjal tankolják.
A HIDROGÉNES JÖVŐ HANNOVERBEN KEZDŐDIK
A Systems & Components kiállításon szó lesz a hidrogénben rejlő technológiai lehetőségekről is a mezőgazdaságban és az erdészetben. Miközben az elektromos járművek hódítanak az utakon, az akkumulátoros járművek kapacitása – néhány kompakt, 50 kilowattnál kisebb teljesítményű gép kivételével – gyakran nem elegendő a szántóföldi használathoz. Walter Wagner, az AGCO/Fendt kutatási és fejlesztési igazgatója szerint „a hagyományos energiaforrásokkal összehasonlítva az elektromobilitás nem jelent lehetőséget a nagy teljesítményű gépek számára. Kutatásokat folytatunk alternatív megoldások, például a hidrogén felhasználása terén”. Az ilyen alkalmazásokban az üzemanyagcellás stack mint további hajtásváltozat kerül a figyelem középpontjába. A hidrogénből és oxigénből származó kémiai energiát közvetlenül elektromos energiává alakítja át, amelyet aztán a motorok meghajtására vagy a puffer akkumulátorokban való tárolásra használnak fel. Az üzemanyagcellákat pontosan szabályozni és felügyelni kell. A bemenő levegő mennyisége, páratartalma és tisztasága ugyanolyan fontos, mint a betáplált hidrogén hőmérséklete. A Systems & Components kiállítói az üzemanyagcellák vezérléséhez és felügyeletéhez szükséges összes alkatrészt kínálják, és továbbfejlesztik azokat.
A mezőgazdasági felhasználású hidrogén-infrastruktúrát kutatva a H2 Agrar közös kísérleti projekt, amelyben a Fendt is részt vesz, 2022-ben elnyerte a „DLG Agrifuture Concept Award” díjat. Első alkalommal hidrogén üzemanyagcellával hajtott traktor-prototípusokat alkalmaznak, amelyeket a Fendt idén április elején szállított a németországi Alsó-Szászországban, Harenben található gazdaságokba. Ezeket a projekt teljes időtartama alatt valós körülmények között fogják üzemeltetni. Ezzel párhuzamosan kutatások folynak a mezőgazdasági ágazat számára megfelelő hidrogén-infrastruktúra műszaki követelményeiről.
Az idei Systems & Components kiállításon november 12. és 18. között a hannoveri vásár területén számos, a klímasemleges hajtáslánc megvalósítását célzó megközelítés lesz látható. A nagy teljesítményű megoldások keresése a mobil gépek szén-dioxid-mentesítésére már javában folyik, beleértve a szén-dioxid-semleges, hidrogénnel vagy szintetikus üzemanyagokkal működő belső égésű motorok, valamint az elektromos hajtásláncok fejlesztését.
A DLG cikke alapján összeállította: Fodor Mihály
