Ingineria curioasă a lui BMW Hydrogen 7 E65, maşina care folosea hidrogenul pentru combustie internă acum 15 ani, dar consuma 50 litri/100 km

Despre maşinile cu hidrogen am ajuns să vorbim tot mai des în ultimii ani, iar mulţi ingineri spun că tehnologia hidrogenul e mult mai viabilă decât cea a bateriilor electrice. Şi dacă majoritatea maşinilor pe hidrogen folosesc pile de combustibil, generând electricitate din hidrogen prin reacţii chimice, în ultimul an Toyota a fost cea care a anunţat că dezvoltă motoare care să folosească hidrogenul direct pentru ardere internă, dând o şansă pentru a salva, astfel, motoarele cu ardere internă.

În februarie 2022, Yamaha anunţase că a creat un motor V8 cu combustie de hidrogen pentru Toyota. Anterior, în aprilie 2021 Toyota anunţa că lurează la un motor cu combustie de hidrogen pentru Corolla, iar în august 2022 mai mulţi ingineri Toyota au demonstrat şi un prim prototip, anunţând că în esenţă, trecerea unui motor de la benzină la ardere cu hidrogen, e relativ simplă, şi poate fi realizată cu modificări minime, care ţin de ranforsări şi sistemul de injectare a combustibilului în cilindri. Iar beneficiul ar fi uriaş — o putere similară ca la funcţionarea cu benzină, iar emisiile în urma combustiei sunt doar vapori de apă, cu zero CO2.

Foto: Motorul V8 cu combustie de hidrogen, dezvoltat de Yamaha pentru Toyota

Toate astea par să devină o nouă tendinţă pe care încep s-o studieze şi alţii. Aşa, chiar şi inginerii Porsche au anunţat tot în august că testează şi ei posibilitatea de a dezvolta motoare cu combustie pe hidrogen. Doar că motoarele Toyota, Yamaha şi Porsche de acum nu sunt primele de acest fel din istorie. Cu doar 17 ani în urmă, între 2005 şi 2008, BMW a avut un model numit Hydrogen 7, în caroserie de Seria 7 E65, care făcea exact asta — folosea hidrogenul direct pentru combustie în cilindri! Şi era un model de serie limitată la doar 100 exemplare, dar de serie, totuşi, care putea fi cumpărat de oricine avea o dorinţă foarte mare şi era gata să caute staţii de hidrogen pe atunci.

Mai mult ca atât, până a produce acest model pe baza Seriei 7 E65, BMW a testat ideea cu un BMW E38, începând cu anul 2001! Deci, încă de acum 20 de ani inginerii BMW începuseră a jongla cu ideea de a folosi hidrogen direct în combustie!

Ei bine, revenind la BMW Hydrogen 7 E65, acel model a avut câteva curiozităţi inginereşti deocheate, care ne fac să înţelegem de ce nu mai e produs şi-n zilele noastre şi totodată ne face să ne întrebăm dacă nu cumva aceleaşi picanterii le aşteaptă şi pe modelele Toyota şi Lexus, care ar urma să înglobeze propulsia hidrogenului.

BMW Hydrogen 7 avea sub capotă un motor V12 de 6,0 litri, acelaşi, în esenţă, care se regăsea şi pe modelele 760i şi 760Li pe atunci. Motorul fusese modificat şi putea opera atât cu benzină, cât şi cu hidrogen, folosindu-l direct pentru combustie. Efectiv, era ca şi cum maşina ar fi avut o instalaţie de gaz natural comprimat, şi puteai trece ori la benzină, ori la gaz, doar că în acest caz gazul era hidrogenul.

În regim de propulsie pe benzină, maşina avea un consum de 13,9 litri/100 km, perfect acceptabil pentru un motor V12 de 6,0 litri. Dar în regim de ardere a hidrogenului, consumul era de circa 50 de litri/100 km. Sună ca o cifră uriaşă, însă hidrogenul e presurizat şi se măsoară în kilograme când e stocat în rezervoarele unei maşini, iar 50 litri/100 km echivalează cu circa 3,53 kg/100 km. E mult mai acceptabil, dar maşinile ce folosesc pile de combustibil din ultimii 5 ani au un consum mediu de circa 1 kg/100 km, deci acel BMW consuma de circa 3,5 ori mai mult combustibil. Toyota Mirai din zilele noastre, cu pile de combustibil, e şi mai eficientă, consumând 0,76 kg/100 km! Deci, cifrele par să sugereze că e mult mai ineficient să arzi hidrogenul în interiorul cilindrilor, decât să-l treci prin pile de combustibil, generând electricitate.

Foto: Construcţia lui BMW Hydrogen 7

BMW Hydrogen 7 folosea injectoare de hidrogen de mare presiune, injectând hidrogenul la 300 bari şi folosind o scânteie clasică, urmată de o combustie difuză a amestecului. Partea mai puţin ştiută e că BMW Hydrogen 7 nu avea rezervoare metalice mari, unde să stocheze hidrogenul în formă gazoasă presurizată, ci îl stoca în formă lichidă. Problema e că la temperatura atmosferică, hidrogenul e gazos, nu lichid, ceea ce înseamnă că rezervorul său trebuia să aplice soluţii speciale pentru a-l ţine lichid, la temperaturi de sub -253 grade Celsius.

Foto: Aşa arăta rezervorul de hidrogen lichid al lui BMW Hydrogen 7

Rezervorul era uriaş în volum, având 170 litri, şi avea o construcţie cu pereţi dublu stratificaţi, cu un strat interior de vacuum aproape ideal, pentru a minimiza transferul de căldură între interior şi exterior. Astfel, inginerii mizau că hidrogenul turnat în rezervor la circa -270 grade şi chiar mai puţin, va fi păstrat o perioadă simţitor mai lungă drept lichid.

Foto: Producţia lui BMW Hydrogen 7 şi montarea rezervorului uriaş în spate

Volumul interior efectiv al rezervorului era de aproximativ 110 litri, fapt care permitea o autonomie de puţin peste 200 km cu hidrogen. La ea se adăuga autonomia asigurată de rezervorul standard de benzină, de 73 litri.

Revenind la construcţia rezervorului, ştim că vacuumul ideal nu poate fi atins în condiţii terestre, prin urmare, un anumit transfer de căldură exista, totuşi, iar hidrogenul din rezervor se încălzea încet. Dacă ar fi fost păstrat rezervorul plin, la un moment dat presiunea ar fi fost atât de mare, încât totul ar fi explodat pur şi simplu. Aşa că după numai 17 ore în care maşina staţiona pe loc, hidrogenul începea să se transforme în gaz. Iar ca măsură de siguranţă, rezervorul avea o valvă ce permitea hidrogenului transformat din lichid în gaz să se evacueze în atmosferă. Un asemenea BMW Hydrogen 7, parcat, îşi pierdea întregul hidrogen din rezervor în numai 10-12 zile. Astfel, dacă alimentai şi ţineai maşina 10-12 zile în curte, te trezeai din nou cu rezervorul gol, fără să fi mers cu ea. Şi, din această cauză, parcarea acestui model BMW în spaţii închise era interzisă, atât în garaje, cât şi în parcări subterane.

Deci, lucrurile nu erau deloc simple cu acest model BMW care folosea hidrogen drept combustibil pentru ardere în cilindri. BMW alesese păstrarea combustibilului în formă lichidă pentru că altfel volumul de stocare a aceleiaşi cantităţi ar fi fost prea mare. Şi poate în zilele noastre Toyota va găsi o metodă de a stoca hidrogenul gazos la o presiune mai mare în siguranţă, menţinând volumul în limite decente, fără a avea rezervoare de volume uriaşe, dar deocamdată aceste aspecte nu sunt anunţate la etapa dezvoltării. Totuşi, BMW Hydrogen 7 a fost creaţia inginerească curioasă, care a pus pentru prima dată într-o producţie de serie ambiţioasă combustia directă de hidrogen, chiar dacă azi aproape nimeni nu-şi mai aminteşte de acest model BMW.