Un nou motor de 4 cilindri, cu combustie directă de hidrogen, a atins un randament per litru mai mare decât al unui Bugatti Chiron

În timp ce maşinile electrice cuceresc tot mai determinat lumea auto, mai există şi câteva echipe de ingineri, care încearcă să salveze motoarele cu ardere internă aplicând combustia directă a hidrogenului în cilindri, în loc de carburanţii clasici. În 2021 Toyota anunţa primul asemenea motor din gama sa, iar de atunci producătorul nipon dezvoltă şi perfecţionează această tehnologie, testând evoluţiile ei în evenimente de motorsport. În 2022, Yamaha anunţa crearea unui motor V8 cu combustie pe hidrogen, tot pentru Toyota. Motorul despre care vorbim azi a fost creat de inginerii companiei de tehnologii de mobilitate AVL şi aceştia reuşit să dezvolte un randament de putere per litru record pentru motoarele pe hidrogen. Ba mai mult, randamentul acestuia a depăşit până parametrii lui Bugatti Chiron!

Foto: Noul motor de 4 cilindri, cu combustie pe hidrogen, dezvoltat de AVL

Când vorbim de hidrogen pentru propulsia maşinilor, mult mai răspândită e tehnologia pilelor de combustibil, ca în cazul lui Toyota Mirai, când hidrogenul intră în reacţie în pile şi produce electricitate, eliminând vapori de apă în rezultat, iar electricitatea generată alimentează motorul electric, care asigură propulsia maşinii.

Foto. Construcţia unei Toyota Mirai, cu electromotor, pile de combustibil şi rezervoare de hidrogen, stocat sub formă de gaz

În cazul motoarelor cu combustie, hidrogenul e injectat în cilindru direct sub formă de gaz, iar acolo are loc o combustie similară cu benzina sau cu gazul natural comprimat. Construcţia propriu-zisă a motorului cu combustie pe hidrogen diferă foarte puţin, făcându-se doar adaptări la ranforsări şi sistem de alimentare, dar principul de bază e identic cu orice alt motor cu ardere internă. Avantajul arderii hidrogenului vine în primul rând de la zero emisii, or, şi aici rezultă zero CO2, doar nişte vapori de apă ieşind pe ţeava de eşapament. Dar mai pot apărea şi produse aferente, inclusiv oxizi de azot, NOx, din cauza azotului conţinut în aerul atmosferic, aceste emisii putând fi minimizate prin temperatura şi compresia corectă în motor, dar şi prin eventuale filtre, ca şi la motoarele cu benzină sau diesel.

Foto: Motorul cu combustie pe hidrogen, dezvăluit de Yamaha în 2022 pentru Toyota

Problema hidrogenului este de obicei stocarea. Dacă-l păstrezi în formă gazoasă, ai nevoie de rezervoare care rezistă măcar 250-400 bari, care ajung să cântărească mult şi să fie voluminoase. Dacă îl păstrezi lichid, ai nevoie de instalaţii sofisticate, fie criogenice şi consumatoare de energie, fie izolate de atmosferă după principiul de termos, dar oricum acel hidrogen se va transforma treptat în gaz şi va trebui lăsat să iasă în atmosferă, pentru a nu genera presiune prea mare în rezervor.

Foto: Aşa arăta rezervorul de stocare lichidă a hidrogenului de pe BMW Hydrogen 7 E65, de acum 15 ani

Partea frumoasă e că hidrogenul are multă energie stocată în el, iar dacă ingineria motoarelor mai face un pas înainte, ar putea spera să scoată puteri mai mari decât combustia pe benzină. Toyota, spre exemplu, reuşise să scoată 304 CP dintr-o cilindree de 1.618 cm cubi, turbo, cu combustia de hidrogen, ceea ce înseamnă 187,89 CP per litru.

În cazul noului motor, despre care vorbim azi, inginerii de la AVL au reuşit să scoată 410 CP (301,7 kW) dintr-o cilindree de 2,0 litri a unui motor turbo cu 4 cilindri, asigurând totodată 500 Nm. Asta înseamnă o putere de 205 CP per litru, un randament de putere foarte rar în lumea auto în general, dacă ne referim la motoarele pe benzină, neasistate de sisteme mild hibride sau hibride. Până şi Bugatti Chiron, cu motorul său cu 4 turbine şi 16 cilindri, scoate 1.600 CP din 8,0 litri, deci circa 200 CP/litru.

Foto: Noul motor pe hidrogen al celor de la AVL

Acum, pentru a fi obiectivi până la urmă, trebuie să spunem că printre motoarele pe benzină există câteva exemple care depăşesc 200 CP/litru, foarte puţine la număr ce-i drept. Aici putem include şi motorul de 2,0 litri şi 421 CP de pe Mercedes-AMG, dar şi motoarele absolut demenţiale ale celor de la Koenigsegg, unde se scot 600 CP din 2,0 litri, iar motorul V8 de 5,0 litri poate scoate 256 CP per litru dacă rulează cu benzină şi 320 CP/litru dacă rulează pe E85. Dar în lumea motoarelor cu hidrogen, această atingere a unui randament de 205 CP per litru arată în mod clar că acestea ar putea lupta în liga mare a celor mai performante maşini, iar tehnologia de combustie cu hidrogen ar fi viabilă şi la asemenea valori de performanţă.

Foto: Asamblarea motorului AMG de 421 CP şi 2,0 litri, pe bezină

Inginerii de la AVL, care au construit acum acest motor, spun că motorul lor are statut de prototip pentru curse deocamdată, unde va fi testat în continuare. E curios că, dacă motoarele cu ardere internă încearcă să evite apa în admisie, în acest motor inginerii spun că au adăugat apă în admisie, pentru a evita combustia prematură. Raportul de aer faţă combustibil e unul de 1 la 1, deci e stoichiometric, nu unul cu amestec sărac, cum se practica până acum. Iar aerul e asigurat în raportul necesar de o turbină cu supapă wastegate.

Viitorul acestui motor într-o producţie de scară largă e oarecum incert însă. Creatorii lui sunt convinşi că el îşi va găsi locul mai ales în cursele de motorsport ale viitorului, unde motoarele cu ardere internă sunt sursa plăcerii în condus şi a spectacolului pentru cei ce le urmăresc, dar şi acolo va trebui ca acestea să nu mai genereze emisii. Pe maşinile obişnuite folosirea hidrogenului e mai puţin viabilă şi eficientă la nivel de consum. Cei de la AVL nu anunţă acum cât anume ar consuma acest motor de 2,0 litri, dar, la cei 410 CP, judecând după alte motoare anterioare, ar putea avea un consum de cel puţin 3,0-3,5 kg/100 km. Mirai cu pile de combustibil consumă cam 0,76 kg/100 km. Iar dacă ne amintim că pentru producţia unui kilogram de hidrogen se consumă circa 53 kWh de electricitate, preferabil regenerabilă, atunci pentru a acoperi un consum de 3,0-3,5 kg/100 km se vor consuma efectiv 159-185 kWh/100 km! Un asemenea consum de energie nu au nici măcar camioanele electrice actuale, care ating cam 118-140 kWh/100 km, în timp ce maşinile electrice au 11-24 kWh/100 km. Deci, la nivel energetic, e o mare risipă de energie, care poate fi justificată doar de dragul unor competiţii de motorsport şi a menţinerii pasiunii pentru ele.