Nowy system modernizuje silniki diesla do pracy na 90 procentach wodoru.

Zespół z Laboratorium Badań Silników UNSW opracował nowy system dwupaliwowy Hydrogen-Diesel Direct Injection, który znacząco obniża emisję dwutlenku węgla.

Inżynierowie z UNSW Sydney z powodzeniem przekształcili silnik wysokoprężny w silnik hybrydowy na wodór i olej napędowy, zmniejszając przy tym emisję CO2 o ponad 85 proc.

Opracowany w UNSW system Hydrogen-Diesel Direct Injection Dual-Fuel System umożliwia modernizację tradycyjnego silnika Diesla do pracy w systemie hybrydowym  (wodór-diesel) Fot. Shawn Kook

Zespół, kierowany przez profesora Shawna Koka ze School of Mechanical and Manufacturing Engineering, spędził około 18 miesięcy na opracowywaniu systemu dwupaliwowego Hydrogen-Diesel Direct Injection, dzięki któremu istniejące silniki wysokoprężne mogą pracować z wykorzystaniem 90 procent wodoru jako paliwa.

Naukowcy twierdzą, że każdy silnik wysokoprężny stosowany w ciężarówkach i urządzeniach energetycznych w transporcie, rolnictwie i górnictwie mógłby ostatecznie zostać zmodernizowany do nowego systemu hybrydowego w ciągu zaledwie kilku miesięcy.

Zielony wodór, który jest produkowany przy użyciu czystych odnawialnych źródeł energii, takich jak wiatr i słońce, jest znacznie bardziej przyjazny dla środowiska niż olej napędowy.

W pracy opublikowanej w International Journal of Hydrogen Energy zespół prof. Koka wykazał, że zastosowanie ich opatentowanego systemu wtrysku wodoru zmniejsza emisję CO2 do zaledwie 90 g/kWh - 85,9 procent poniżej ilości wytwarzanej przez silnik napędzany olejem napędowym.

- Ta nowa technologia znacznie zmniejsza emisję CO2 z istniejących silników Diesla, więc może odegrać dużą rolę w uczynieniu naszego śladu węglowego znacznie mniejszym, szczególnie w Australii z całym naszym górnictwem, rolnictwem i innymi ciężkimi gałęziami przemysłu, gdzie silniki Diesla są szeroko stosowane - powiedział profesor Shawn Kook.

- Pokazaliśmy, że możemy wykorzystać istniejące już silniki Diesla i przekształcić je w czystsze, które spalają paliwo wodorowe - kontynuował profesor.

- Będąc w stanie zmodernizować silniki wysokoprężne, które już istnieją, jest znacznie szybsze działanie, niż czekanie na rozwój całkowicie nowych systemów ogniw paliwowych, które mogą nie być komercyjnie dostępne na większą skalę przez co najmniej dekadę - mówił Kook.

- Mając na uwadze problem emisji dwutlenku węgla i zmian klimatycznych, potrzebujemy jakichś bardziej natychmiastowych rozwiązań, aby poradzić sobie z problemem tych wielu obecnie używanych silników Diesla - podsumował naukowiec.

Wysokociśnieniowy bezpośredni wtrysk wodoru

Rozwiązanie problemu przez zespół UNSW utrzymuje oryginalny wtrysk oleju napędowego do silnika, ale dodaje wtrysk paliwa wodorowego bezpośrednio do cylindra.

Wspólne badania, przeprowadzone z dr Shaun Chanem i profesorem Evattem Hawkesem, wykazały, że specjalnie rozłożony w czasie bezpośredni wtrysk wodoru kontroluje stan mieszanki wewnątrz cylindra silnika, co rozwiązuje problem szkodliwych emisji tlenków azotu, które były główną przeszkodą w komercjalizacji silników wodorowych.

- Jeśli po prostu włożysz wodór do silnika i pozwolisz, aby wszystko się zmieszało, otrzymasz wiele emisji tlenków azotu (NOx), które są istotną przyczyną zanieczyszczenia powietrza i kwaśnych deszczy - mówił profesor Kook.

- Ale w naszym systemie pokazaliśmy, że jeśli uczynimy go warstwowym - to znaczy w niektórych obszarach jest więcej wodoru, a w innych mniej - wtedy możemy zmniejszyć emisję NOx poniżej tej z silnika czysto wysokoprężnego - podsumował profesor.

Co ważne, nowy system dwupaliwowy Hydrogen-Diesel Direct Injection nie wymaga wodoru o niezwykle wysokiej czystości, który musi być stosowany w alternatywnych systemach wodorowych ogniw paliwowych i jest droższy w produkcji.

W porównaniu z istniejącymi silnikami Diesla, w hybrydzie wodorowo-spalinowej wykazano wzrost wydajności o ponad 26 procent.

Tę zwiększoną wydajność osiągnięto dzięki niezależnej kontroli czasu bezpośredniego wtrysku wodoru, jak również czasu wtrysku oleju napędowego, co umożliwia pełną kontrolę trybów spalania - spalania wodoru z mieszanką lub mieszania kontrolowanego.

System dwupaliwowy z bezpośrednim wtryskiem wodoru i oleju napędowego charakteryzuje się niezależnym sterowaniem czasem wtrysku bezpośredniego wodoru oraz czasem wtrysku oleju napędowego, co umożliwia pełną kontrolę trybów spalania - spalania wodoru z mieszanką lub z mieszaniem. Fot. prof. Shawn Kook

Czas na komercjalizację

Zespół badawczy ma nadzieję, że będzie w stanie skomercjalizować nowy system w ciągu najbliższych 12 do 24 miesięcy i chętnie skonsultuje się z potencjalnymi inwestorami.

Badacze twierdzą, że najbardziej bezpośrednim potencjalnym zastosowaniem nowej technologii są miejsca przemysłowe, w których istnieją już stałe linie zaopatrzenia w paliwo wodorowe.

Obejmuje to tereny górnicze, gdzie badania wykazały, że około 30 procent emisji gazów cieplarnianych jest spowodowane użyciem silników diesla, głównie w pojazdach górniczych i generatorach prądu.

A australijski rynek generatorów prądu zasilanych wyłącznie olejem napędowym jest obecnie szacowany na około 765 milionów dolarów.

- W zakładach górniczych, gdzie wodór jest doprowadzony rurociągiem, możemy przekształcić istniejące silniki wysokoprężne, które są wykorzystywane do generowania energii - komentował Kook.

- Jeśli chodzi o zastosowania, w których paliwo wodorowe musiałoby być przechowywane i transportowane, na przykład w silniku ciężarówki, który obecnie pracuje wyłącznie na oleju napędowym, wtedy musielibyśmy również wdrożyć system przechowywania wodoru, który byłby zintegrowany z naszym systemem wtryskowym. Uważam, że ogólna technologia w odniesieniu do mobilnego przechowywania wodoru musi być dalej rozwijana, ponieważ w tej chwili jest to dość duże wyzwanie - podsumował profesor.

Źródło: unsw.edu.au