JCB está explorando motores de combustión de hidrógeno para maquinaria de construcción

Cuando pensamos en hacer más verde el planeta, los paneles solares y los autos eléctricos a menudo están al frente de nuestra mente. Sin embargo, hay un montón de otras cosas que arrojan dióxido de carbono que también deben limpiarse. Eso incluye sopladores de hojas, cortadoras de césped y, sí, ¡equipos grandes para trabajos agrícolas y de construcción!

JCB fabrica motores diésel para máquinas grandes, pero ahora busca cambiar las cosas para lograr un futuro más limpio. Con ese fin, la empresa está trabajando en motores de combustión de hidrógeno para sus grandes máquinas.

El hidrógeno se puede usar para producir electricidad pasándolo a través de una celda de combustible, donde luego se puede usar para impulsar motores. Las empresas han explorado el uso de hidrógeno de esta manera para impulsar automóviles y camiones. Inicialmente, JCB también comenzó a analizar las celdas de combustible de hidrógeno, pero descubrió que no eran excelentes para generar la alta potencia instantánea necesaria para la maquinaria de construcción. En cambio, la compañía comenzó a explorar el uso de hidrógeno para quemar en motores de combustión bastante convencionales. Es un concepto que otras compañías también han explorado, con Toyota incluso investigando la tecnología con un programa de deportes de motor.

El hidrógeno es útil como combustible porque su combustión es muy limpia. En cuanto a los productos directos de la reacción química entre el hidrógeno y el oxígeno, el único subproducto es el agua. Por supuesto, cuando se quema hidrógeno a altas temperaturas en el aire, la reacción provoca la producción de algunos óxidos de nitrógeno. Sin embargo, en general, las emisiones de la combustión de hidrógeno son mucho más limpias que las de la quema de combustibles fósiles. Todo se debe a la ausencia de carbono, lo que significa que la reacción produce cero dióxido de carbono.

Por esta razón, JCB ha buscado motores de combustión de hidrógeno como una forma de alimentar sus máquinas de forma limpia. La compañía ha desarrollado un motor de hidrógeno de cuatro cilindros y 4,8 litros. Es capaz de producir la misma potencia y torque que el motor Dieselmax 448 de tamaño similar de la compañía, y también se espera que aterrice al mismo costo. Además, incluso existe la posibilidad de adaptar el motor de combustión más limpia a las máquinas antiguas.

Para construir el motor de hidrógeno, JCB comenzó con la mitad inferior del modelo Dieselmax existente. El cárter y el bloque de cilindros son los mismos que los del modelo diésel, al igual que el sistema de refrigeración. El motor de hidrógeno también sigue utilizando un turbo de geometría variable regular. Sin embargo, en la parte superior, el motor es bastante diferente. Hay una nueva culata y sistema de inyección, diseñado para inyectar gas hidrógeno en lugar de diésel. El motor también tuvo que ser modificado para encendido por chispa en lugar de encendido por compresión, ya que el hidrógeno es más adecuado para el primero. El tanque de combustible diesel también desapareció, reemplazado por cinco recipientes de almacenamiento de 1 kg para gas hidrógeno hechos de aluminio y fibra de carbono. .

En particular, el motor de combustión de hidrógeno puede funcionar en gran medida de la misma manera que un motor de gasolina de encendido por chispa. Al igual que un motor de gasolina se puede convertir para que funcione con gas licuado de petróleo, se puede convertir para que funcione con hidrógeno simplemente cambiando los inyectores, aunque a menor potencia gracias a las ineficiencias de la inducción. Sin embargo, diseñar un motor de inyección directa específicamente para la combustión de hidrógeno puede solucionar este problema y, en teoría, podría producir un motor con un 20% más de potencia que un motor de gasolina de tamaño similar. Otras modificaciones para adaptarse a la energía del hidrógeno, como válvulas endurecidas y bujías especiales, ayudan con la longevidad y mejoran la calidad de la combustión. En cuanto a los motores diésel, no son tan fáciles de convertir a energía de hidrógeno, ya que el combustible gaseoso no es tan adecuado para el encendido por compresión. Sin embargo, como ha demostrado JCB, un motor de hidrógeno de tamaño similar puede igualar la potencia y el par de un diésel cuando se construye correctamente, e incluso puede compartir componentes fundamentales.

El motor de JCB aún está en fase de prueba. Su objetivo es comenzar la preproducción del motor a fines de 2023, aplicándolo a sus vehículos agrícolas y de construcción. Mientras tanto, por mucho que el hidrógeno sea una combustión más limpia que los combustibles fósiles, la tecnología aún enfrenta algunos obstáculos para una adopción más amplia.

El hidrógeno aún no tiene una red de distribución viable, ni en términos de tuberías de larga distancia ni en términos de estaciones de servicio para los consumidores. Con ese fin, JCB ha desarrollado su propio vehículo móvil de reabastecimiento de combustible. Para los operadores agrícolas y de la construcción, esto encaja a la perfección, ya que el combustible suele llevarse a las máquinas, y no al revés. Es un problema mucho menor en comparación con la potencia de los vehículos de carretera, que los propietarios esperan poder conducir a una estación de servicio donde sea que estén.

La producción de hidrógeno también es un problema. Se puede producir de forma limpia utilizando electricidad renovable para dividir el agua en hidrógeno, produciendo lo que se conoce como "hidrógeno verde". Sin embargo, gran parte del hidrógeno actualmente en el mercado se produce químicamente a partir de gas natural, lo que libera emisiones de carbono nocivas y genera lo que se denomina "hidrógeno gris". Algunos productores dividen la diferencia, almacenando las emisiones de carbono para hacer lo que se conoce como "hidrógeno azul". Sin embargo, fundamentalmente, simplemente no hay una fuente renovable importante de "hidrógeno verde" lista para impulsar vehículos de hidrógeno todavía. Por lo tanto, los vehículos de hidrógeno actualmente solo están trasladando las emisiones a las plantas de hidrógeno gris.

El otro gran problema con los motores de combustión de hidrógeno es la eficiencia. Los vehículos con motor de hidrógeno tienen una eficiencia del pozo a la rueda de solo alrededor del 20-25%, que se compara pobremente con la cifra del 25-30% de los vehículos con celdas de combustible de hidrógeno. Eso se debe en gran parte a las mayores pérdidas involucradas en los motores de combustión interna en comparación con las celdas de combustible. Sin embargo, en comparación con los vehículos de batería, las pérdidas son aún peores, gracias a toda la energía perdida en la refinación y el transporte de combustible de hidrógeno. Un vehículo eléctrico comparable podría tener una eficiencia de hasta el 80-85 % en comparación. Al final, un vehículo que quema hidrógeno es aproximadamente tan eficiente como uno que quema diésel, aunque con la ventaja de tener emisiones mucho más limpias.

En general, si el mundo quiere llegar a un punto de cero emisiones netas de carbono, casi todas las máquinas que queman combustibles fósiles deberán convertirse a un método de operación más limpia. La investigación de JCB en los últimos años persigue exactamente ese objetivo y debe ser elogiada.

Al mismo tiempo, está claro que hay más obstáculos que superar antes de que se pueda decir que el mundo de la maquinaria agrícola y de construcción está completamente limpio y verde. Para las máquinas que realizan trabajos pesados ​​durante muchas horas, es posible que el accionamiento eléctrico aún no sea una opción. En esos casos, la combustión de hidrógeno podría ser una tecnología viable para limpiarlos mientras tanto. Sin embargo, la producción y distribución de hidrógeno de fuentes limpias debe existir para que la búsqueda valga la pena. JCB está cumpliendo con su parte del trato, y el suministro de hidrógeno debe ponerse al día para completar el rompecabezas.