Inginerii elveţieni de la WinGD au creat un nou motor naval în doi timpi, care poate funcţiona cu amoniac, diesel, gaz sau metanol, dezvoltând până la peste 42.000 CP

În ultimii doi ani, industria transporturilor maritime şi a construcţiilor de nave s-a mişcat foarte rapid spre soluţia de a adopta amoniacul drept combustibil „verde”, care să asigure reducerea substanţială a emisiilor CO2, până la un nivel de practic zero emisii. Amoniacul, cu formula NH3, nu conţine atomi de carbon în componenţa sa, prin urmare nu formează emisii CO2 la combustie, şi marele avantaj al acestui carburant este că e mult mai uşor de stocat în formă lichefiată compactă decât hidrogenul, şi totodată permite navelor să aibă rezervoare suficient de mari încât să poată naviga distanţe globale, comparabile cu cele din prezent, ceea ce n-ar fi posibil cu navele electrice cu baterii deocamdată sau cu cele cu hidrogen. După ce în anul 2022 a existat o acceptare largă a industriei că amoniacul ar fi calea fezabilă, inginerii de motoare s-au pus imediat pe treabă în a dezvolta motoare navale care pot folosi amoniacul în combustie. Iar acum inginerii elveţieni de la WinGD anunţă crearea şi certificarea unui nou motor naval în doi timpi, pe care l-au proiectat să poată folosi în combustie amoniac şi diesel, iar dacă se bifează şi o opţiune suplimentară, acelaşi motor poate primi un sistem adiţional de injecţie şi poate opera şi pe gaz sau metanol, ultimul fiind o alternativă la fel de verde pentru metanol.

Lansarea de acum de către cei de la WinGD e una extrem de importantă pentru toate navele care sunt în proces de construcţie sau abia sunt contractate, în special dacă vorbim de navele de talie medie, mare şi foarte mare, care au nevoie de motoare super puternice şi care preferă motoarele în doi timpi. Şi asta pentru că acum în lume mai există doar un singur motor naval în doi timpi, capabil să opereze cu amoniac, creat de MAN Energy Solutions.

E vorba de motorul anunţat de inginerii MAN în iulie 2023 cu numele de 4T50ME-X, iar cei de la MAN spuneau atunci că l-au creat iniţial în formula de 4 cilindri, pentru testări avansate, urmând să-l extindă ulterior la alte variaţii de cilindri. Iar acest motor MAN era primul din lume anunţat drept capabil să folosească amoniacul în combustie, însă până în prezent motorul trece printr-un program de teste în diverse variaţii, teste care sunt supravegheate inclusiv de profesori universitari în inginerie, pentru a se asigura de câţiva factori esenţiali, înainte de plasarea lui în producţie în 2025.

Foto: Motorul MAN cu amoniac

Testele la motoarele cu combustie cu amoniac sunt cruciale, pentru că amoniacul e un material extrem de toxic, atât dacă e emanat în aer, cât şi dacă ajunge scurs în apă în forma sa lichidă, cum va fi stocat în rezervoarele navelor. Prin urmare, combustia de amoniac trebuie să ardă 100% din combustibil, fără a lăsa nici măcar câteva zecimi de procente nearse, pe care să le elimine în aer, aşa cum se întâmplă la unele motoare navale cu gaz LNG. Pe partea motoarelor LNG această problemă gravă a fost descoperită destul de târziu, iar gazul metan emanat în atmosferă, chiar şi în acele mici cantităţi, are un efect de seră mult mai grav decât CO2-ul. La amoniac se mai adaugă şi toxicitatea lui, deci e imperativă evitarea oricărei emiteri în aer a amoniacului nears.

Iar combustia ideală a amoniacului are loc la exact 630 grade Celsius, ceea ce e de exact 3 ori mai mult decât combustia dieselului marin, spre exemplu, care trece prin combustie la 210 grade. Anume la 630 grade amoniacul arde complet şi se evită până aproape la absolut formarea de oxizi de azot, NOx, formarea cărora la alte temperaturi e favorizată de oxigenul şi azotul din atmosferă, dar şi de molecula de azot din componenţa amoniacului, cu formulă NH3. Prin urmare, mediul academic şi ştiinţific a fost implicat în dezvoltarea acestor motoare ca o parte terţă, dezinteresată, care să poată studia şi confirma sau infirma că aceste motoare vor fi inofensive la combustia amoniacului pentru mediu şi sănătatea oamenilor.

Iar folosirea amoniacului, pe lângă faptul că nu emite CO2, dă şi avantajul că amoniacul poate fi produs doar din energie regenerabilă. Întâi se produce hidrogenul prin electroliza apei, folosind electricitate din panouri fotovoltaice sau turbine eoliene, iar apoi acel hidrogenul e trecut printr-o altă reacţie cu azotul din atmosferă şi astfel se formează amoniacul final, care n-a fost extras din pământ ca un combustibil fosil şi care, dacă a fost produs cu energie regenerabilă, n-a generat emisii CO2 nici în etapa producţiei sale. Chiar de curând am publicat un articol despre cea mai mare fabrică din lume care va produce hidrogen, iar din hidrogen — amoniac şi metanol, construcţia ei demarând în China. Iar o altă fabrică, deja operaţională, a fost inaugurată de curând în Norvegia, fiind cea mai mare din Europa, iar acolo producţia de hidrogen e folosită ulterior la producţia de amoniac pentru nave şi o parte din amoniac va fi folosit la producţia de fertilizanţi pentru agricultură.

Foto: Fabrica de amoniac verde din Norvegia

Aşadar, industria se pregăteşte deja de noua epocă a folosirii amoniacului drept combustibil, iar pe lângă motorul în doi timpi al celor de la MAN Energy Solutions, şi finlandezii de la Wartsila au lansat primul motor în 4 timpi cu amoniac, apoi încă alte 4 motoare, tot cu amoniac şi tot în 4 timpi.

Foto: Motor Wartsila în 4 timpi cu amoniac

Iar motorul despre care vorbim azi, proiectat de inginerii elveţieni de la WinGD, este oarecum al doilea anunţat în lume din cele cu doi timpi, dar, de fapt, este primul din lume care a reuşit deja să treacă toate testele, omologările şi certificările, fiind gata de a fi comandat pentru viitoarele nave. Testele acestui au durat aproape un an, şi în septembrie 2023 motorul a primit aprobarea de la companie de testare a conceptelor inginereşti şi certificare Lloyd’s Register, tot în rol de parte terţă care poate confirma combustia corectă a amoniacului. Ulterior, conceptul motorului a fost testat în toamna anului trecut şi la manevrarea amoniacului în situaţii de risc pentru evitarea scurgerilor şi a primit certificatul de conformitate şi corectitudine a tuturor măsurilor de siguranţă de la Bureau Veritas, o organizaţie de certificare ce există de aproape 200 ani în lume şi e una din cele mai respectate.

Foto: Noul motor în doi timpi, care poate funcţiona cu amoniac, de la WinGD

Iar acum, în iulie 2024, noul motor în doi timpi şi-a primit şi toate certificările şi omologările finale, devenind astfel un produs complet, pentru care pot fi plasate comenzi şi care poate intra deja în producţia de serie. Prima navă care îl va primi pentru exploatare de viaţă reală, monitorizată, va fi una transportoare de maşini şi camioane, cu o capacitate de 7.000 TEU.

Ei bine, noul motor are denumirea oficială de Gama X-S, şi este lansat acum în două versiuni X52-S şi X62-S, urmând ca în curând să fie lansată şi a treia versiune, X72-S. Deci vorbim efectiv de 3 motoare, numite de către cei de la WinGD drept Seria 52, Seria 62 şi Seria 72, iar aceste cifre conţinute aici, şi în denumirile lor desfăşurate, precum X52-S sau X62-S, reprezintă diametrul alezajului unui cilindru, în cm. Deci, motoarele din seria 52 au cilindrii cu un diametru de 52 cm, iar celelalte — 62 şi, respectiv, 72 cm. Toate trei serii de motoare au arhitecturi în linie, cu un număr de la 5 la 8 cilindri, fiecare cilindru având un singur piston, fapt pe care-l menţionăm pentru că la locomotive există şi motoare diesel în doi timpi cu două pistoane reciprocitare.

Motorul cel mai mic, X52-S, are 520 mm diametrul cilindrului, iar cursa e de 2.315 mm, deci fiecare piston se mişcă aproape 2,32 metri în sus şi în jos în ciclul de combustie. Deci volumul unui singur cilindru e de 491,64 litri. Astfel, un motor de 5 cilindri va avea 2.458 litri, iar unul de 8 cilindri — 3.933 litri. Puterea acestui motor pe amoniac variază, în funcţie de numărul de cilindri şi versiune de la 5.100 kW la 14.480 kW, adică între 6.934 CP şi 19.687 CP. Iar motorul poate opera la turaţii cuprinse între 79 şi 105 rpm.

Seria 62 are diametrul cilindrilor de 620 mm şi cursa ceva mai mare, de 2.658 mm, deci fiecare piston se mişcă 2,66 metri în sus şi în jos în ciclul de combustie, iar motorul operează la turaţii cuprinse între 77 şi 103 rpm, deci cu câte 2 turaţii mai puţin decât la motorul de mai sus. Sunt turaţii foarte mici faţă de motoarele maşinilor, dar la asemenea mase imense, mecanica acestor forţe interne din motor e cu totul alta, şi apoi vorbim de un motor în doi timpi. Volumul unui cilindru în acest caz e de 802,47 litri, iar puterea acestui motor, în funcţie de versiuni şi numărul de cilindri, va fi cuprinsă între 7.950 kW şi 23.200 kW, adică între 10.809 CP şi 31.543 CP.

Şi, în fine, Seria 72 va avea diametrul de 720 mm şi cursa de 3.086 mm, ceea ce va însemna un volum de 1.256,47 litri per cilindru. În formula de 8 cilindri, un asemenea motor va avea o cilindree de peste 10.000 litri! Iar puterea anunţată pentru această serie, în funcţie de versiuni şi număr de cilindri, e cuprinsă între 10.600 şi 31.360 kW, adică între 14.412 CP şi 42.638 CP! Iar turaţiile motorului pot varia doar între 66 şi 89 rpm!

Sunt cifre uriaşe de putere, deci, care califică noile motoare pentru cele mai mare nave din lume, fie în rolul unui singur motor principal, sau în formula de tandem sau câteva motoare, care să cumuleze puterea necesară. Şi dacă acum câteva zile, când scriam despre prima navă transportatoare din lume care va funcţiona pe amoniac, Yara Eyde, care a fost contractată pentru construcţie, şi spuneam atunci că încă nu e clar cine va furniza motoarele pe amoniac pentru această navă, acum primele informaţii au devenit cunoscute, şi nava va primi versiuni ale motorului despre care vorbim azi, de la WinGD.

Deci, e absolut clar că cei de la WinGD fac cum o lansare excepţional de importantă, întrucât acoperă o mare parte din nişa propulsoarelor navale în doi timpi pe amoniac, odată ce pot livra puteri cuprinse între 6.934 CP şi 42.638 CP. Chiar şi cele mai uriaşe nave din lume, care ar puta avea nevoie de 100.000 CP şi mai mult, pot contracta 2-3 asemenea motoare şi şi-au asigurat propulsia.

Iar WinGD e una din companiile cu o istorie incredibil de bogată, fiind mai cunoscută pentru mulţi dintre noi cu denumirile ei anterioare. Ea a fost fondată în oraşul elveţian Winterthur în 1983 de către fraţii Sulzer, în baza unui acord pe care l-au încheiat cu însuşi Rudolf Diesel, inventatorul motorului care-i poartă numele. În baza acelui acord, compania Sulzer, aşa cum se numea ea atunci a început a fabrica motoare diesel în 1903. Iar mai departe în istorie, cei de la Sulzer au fost de nenumărate ori inventatori şi pioneri ai multor tehnologii de motoare navale, motoare de locomotive şi chiar locomotive întregi. Şi locomotiva Electroputere LDE2100, produsă cândva în România, a fost creată pe baza unui proiect al celor de la Sulzer. Ulterior, în 1997, finlandezii de la Wartsila au cumpărat compania Sulzer şi a avut loc o delimitare a specializărilor, Sulzer primind în sarcină producţia motoarelor în doi timpi, inclusiv cele dezvoltate anterior de Wartsila, iar finlandezii rămăseseră specializaţi în cele cu patru timpi. Odată cu aceste specializări, finlandezii au vândut 50% din acţiunile companiei elveţiene către chinezii de la CSSC, cel mai mare deţinători de şantiere navale din China şi constructor de nave, tranzacţie care a garantat o mulţime de comenzi de motoare şi pentru fabrica elveţiană, şi pentru cea finlandeză. Mai apoi, Wartsila a vândut toate 100% de acţiune către CSSC, în 2015 compania fiind redenumită în Winterthur Gas & Diesel Ltd, sau WinGD. Aşa că azi fosta companie Sulzer, actuala WinGD, e deţinută complet de chinezii de la CSSC, chiar dacă are sediul în Elveţia şi se prezintă ca o companie elveţiană.