Inginerii japonezi au creat primul motor naval mare în doi timpi cu combustie de hidrogen, care va funcţiona similar unui diesel

În ultimii ani, industria motoarelor navale s-a diversificat şi dezvoltat foarte mult în adoptarea tehnologiilor de propulsie mai curate, care să reducă substanţial emisiile colosale generate de navele mari. Spuneam în multe articole din ultimii ani că hidrogenul ar fi o soluţie foarte viabilă pentru combustie, dar e foarte anevoioasă pe partea stocării de suficient combustibil la bord pentru a se asigura o autonomie mare navei. Tocmai de asta, soluţiile cu combustie de amoniac, metanol şi etanol au fost dezvoltate într-un ritm mai intens şi au ajuns mai avansate. Acum, însă, inginerii japonezi de la Japan Engine Corporation, sau J-ENG, în formă abreviată, au creat primul motor naval mare, în doi timpi, cu combustie de hidrogen. Acesta va funcţiona foarte curios, similar unui diesel, asigurând aprinderea hidrogenului prin compresie, deşi e foarte greu să se obţină asta cu hidrogenul.

În primul rând, trebuie să spunem cine sunt cei de la J-ENG, pentru că în partea noastră a lumii compania e mult mai puţin cunoscută. E o companie fondată în 2017 prin fuzionarea diviziei Mitsubishi Heavy Industries Marine Machinery şi a companiei Kobe Diesel, care producea motoare de la Mitsubishi pe bază de licenţă din 1957. Cei de la Mitsubishi au creat o gamă de motoare numită UE, sau Universal Engine, încă în anii 1950 şi au continuat să o tot perfecţioneze, iar modelul lor de afacere de azi e unul în care ei fabrică foarte puţin, dar licenţiază un număr imens de motoare către companii terţe, în special din Asia, care produc motoarele proiectate de japonezi. Asta face ca acum compania niponă să aibă doar 415 angajaţi, dar totodată să aibă o echipă foarte puternică de ingineri şi să fie pe locul 3 în lume la licenţierea motoarelor navale.

În ultimii ani, au existat mai multe motoare cu hidrogen create sub formă de test sau lansate în producţia de serie. Finlandezii de la Wartsila au deja un motor cu hidrogen în producţie de serie, ba chiar în iunie 2026 au instalat unul într-o centrală din Spania. Rolls-Royce MTU are un motor de hidrogen în producţie pilot. Belgienii de la BeHydro au deja o întreagă gamă de motoare cu hidrogen, cu arhitecturi de 6 şi 8 cilindri în linie, dar şi V12 şi V16. Dar toate aceste motoare sunt în 4 timpi şi cu cilindri de dimensiune relativ moderată.

Foto: Motor Wartstila cu hidrogen

Inginerii japonezi şi-au dorit combustie de hidrogen pe motoarele navale mari şi lente, în doi timpi, pentru a le putea instala pe navele comerciale mari şi a înlocui astfel cele mai poluante motoare navale actuale. Acum doi ani germanii de la MAN Energy Solutions, actuala Everllence, au demarat primele lor teste cu motoare cu combustie de hidrogen, dar primul test a însemnat trecerea la hidrogen doar a unui cilindru din 4, iar apoi instalarea unui motor cu un singur cilindru pe un banc de probe. Deci, până la o lansare de serie, mai e mult.

Foto: Motor cu un cilindru cu combustie de hidrogen, pe un banc de probe la Everllence

Japonezii de la J-ENG, însă, au lansat acum un motor complet, de 6 cilindri în linie, bazat pe aceeaşi familie UE, dar convertit la combustia de hidrogen. Noul motor are un alezaj de 350 mm şi o cursă de 1.550 metri, deci cilindrii au o formă cu diametru relativ mic, de 35 cm, dar cu o lungime foarte mare, de 1,55 metri în cursa pe care o face pistonul.

E un raport de 4,43:1 între cursă şi alezaj, iar asta face ca biela să nu mai poată fi unitară, întrucât ar atinge pereţii cilindrului în mişcarea părţii sale inferioare în jurul arborelui cotit. Într-un asemenea caz se aplică o construcţie crosshead, ceea ce înseamnă efectiv introducerea unei articulaţii suplimentare, formă dintr-o tijă lungă a pistonului, care culisează doar vertical, ghidată, iar la articulaţie e conectată bileta care face conexiune cu arborele cotit şi care poate astfel să aibă o mişcare liberă, neobstrucţionată de pereţii cilindrului.

Foto: Construcţia intrernă a motorului J-ENG

Iar la dimensiunile menţionate mai sus, volumul funcţional al fiecărui cilindru e de 149,1 litri. La un motor de 6 cilindri, precum e cel creat acum, asta înseamnă 894,8 litri.

Motorul operează în doi timpi, iar asta înseamnă că fiecare cilindru are câte un eveniment de combustie la fiecare turaţie a arborelui cotit. Turaţiile sunt extrem de mici, aşa cum se întâmplă adeseori la motoarele navale mari în doi timpi — doar 167 rpm. Puterea pe care o dezvoltă acest motor nou e de 5.610 kW, deci 7.627 CP.

Inginerii niponi au decis să nu amestece hidrogenul cu aerul înainte de injecţia în cilindru, cu ar fi mai intuitiv, ci au mers pe calea păstrării unui ciclu diesel. Aerul e introdus separat în cilindru şi e comprimat, iar abia spre sfârşitul compresiei e injectat şi hidrogenul, la presiune ridicată, exact înainte de compresia finală şi aprindere. Prin urmare, injecţia de hidrogen e directă, iar aprinderea nu are loc prin bujie, ci prin compresie, ca la diesel.

Hidrogenul e introdus în cilindru cu o presiune de 300 bari, sau 30 MPa, inginerii studiind anterior un diapazon uriaş de presiuni şi propagarea flăcării pentru a găsi valoarea perfectă. Japonezii spun că au ales deliberat această cale, pentru a evita efectele adverse ale hidrogenului, care are nevoie de o energie foarte mică pentru aprindere şi e susceptibil la combustie spontană înainte de timpul potrivit. Cu injecţia directă se poate controla cu precizie momentul combustiei, dar şi presiunea şi temperatura acesteia.

Iar aici mai e o curiozitate japoneză. Inginerii spun că noul motor foloseşte 95% din energia combustiei din hidrogen, iar 5% din combustibil marin clasic, adică dieselul marin, menţionând că această formulă reduce oricum emisiile cu 95%. Marea întrebare e de ce e nevoie de cele 5% de combustibil. Iar răspunsul vine din dorinţa de a eficientiza şi mai mult combustia de hidrogen, or, acesta e foarte susceptibil la aprindere de la o scânteie, dar e mai greu de aprins prin compresie pură, cum se întâmplă la un motor diesel, mai ales într-un cilindru care are un volum atât de mare şi „lung”. Astfel, inginerii niponi au descoperit că e mai eficient să se introducă 5% de diesel exact înaintea hidrogenului, iar acele 5% acţionează drept declanşator al combustiei, după care hidrogenul arde mai repede, mai uniform şi mai eficient. Ei spun că în viitor ar putea şi versiuni ce ar opera cu 100% hidrogen, dar în acest moment e mult mai eficient şi raţional să se opereze astfel.

Primul motor cu hidrogen, construit de japonezi acum, va ajunge pe o navă multifuncţională de 17.500 tone capacitate de încărcare. Nava e construită de Onomichi Dockyard pentru Mitsui OSK Lines, abreviată drept MOL şi e aşteptată să înceapă a opera din aprilie 2028.

Totuşi, nava va avea de înfruntat problema stocării de hidrogen, care e foarte uşor şi eficient gravimetric, dar foarte ineficient volumetric. Nava va opera cu rezervoare ce vor stoca hidrogenul în formă lichidă, însă până şi stocarea lichidă de hidrogen impune rezervoare de 4-5 ori mai mari ca dieselul pentru a avea aceeaşi energie. Pe lângă asta, stocarea lichidă impune sisteme criogenice şi structuri specifice ale rezervoarelor. Deci, vor exista inevitabil penalizări de volum, dar, fiind o navă proiectată din start pentru asta, deciziile au fost conştiente şi vor arăta elocvent şi realist cât de viabilă e folosirea hidrogenului drept combustibil în domeniul naval.