La prohibición de los motores de combustión en Europa para 2035 ha desencadenado una competencia intensa por desarrollar sistemas de propulsión alternativos. Los motores eléctricos, principalmente alimentados por baterías o por sistemas de pila de combustible de hidrógeno, están liderando esta carrera.
Además, se están buscando combustibles alternativos que sean más económicos, eficientes y, sobre todo, sostenibles para extender la vida útil de los motores actuales. Esto permitiría aprovechar la inversión realizada en su desarrollo y mantener una industria que depende de su fabricación.
Los motores diésel que casi no contaminan
Un equipo de Ingenieros del Laboratorio de Investigación de Motores de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia (UNSW) ha logrado convertir un motor diésel para que opere como un motor híbrido de hidrógeno y diésel, disminuyendo las emisiones de CO2 en más del 85% durante el proceso.
El equipo, dirigido por el profesor Shawn Kook de la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Fabricación, en colaboración con el profesor Evatt Hawkes, dedicó 18 meses al desarrollo del sistema de combustible dual de inyección directa de hidrógeno y diésel para que permita que cualquier motor diésel existente funcione con un 90% de hidrógeno.
Los investigadores afirman que cualquier motor diésel utilizado en camiones y equipos eléctricos en las industrias del transporte, la agricultura y la minería podría adaptarse al nuevo sistema híbrido en solo un par de meses. El hidrógeno verde, producido a partir de fuentes de energías renovables como la eólica y la solar, es mucho más respetuoso con el medio ambiente que el diésel.
El proceso ha sido publicado en International Journal of Hydrogen Energy, donde el equipo del profesor Shawn Kook muestra que el uso de su sistema patentado de inyección de hidrógeno reduce las emisiones de CO2 a solo 90 g/kWh, un 85,9% menos que las generadas por un motor diésel tradicional.
"Modernizar motores diésel existentes es mucho más rápido que esperar el desarrollo de nuevos sistemas de pilas de combustible, que podrían no estar disponibles comercialmente a gran escala durante al menos una década. Con el problema de las emisiones de carbono y el cambio climático, necesitamos soluciones inmediatas para abordar el problema de los numerosos motores diésel en uso actualmente", escribe Kook.
Inyección directa de hidrógeno
La solución descrita por el equipo de la UNSW conserva la inyección diésel original del motor, pero incorpora una inyección de hidrógeno directamente en el cilindro. La inyección directa de hidrógeno controla la mezcla dentro del cilindro del motor, resolviendo así las emisiones dañinas de los óxidos de nitrógeno (NOx), que son uno de los principales obstáculos para la comercialización de motores de hidrógeno.
"Si simplemente se añade hidrógeno al motor y se deja que se mezcle de manera uniforme, se producirán muchas emisiones de NOx, una causa importante de contaminación del aire y lluvia ácida", señala el profesor Kook. "Sin embargo, hemos demostrado en nuestro sistema que si estratificamos el hidrógeno (es decir, en algunas áreas hay más hidrógeno y en otras menos), podemos reducir las emisiones de NOx por debajo de las de un motor puramente diésel".
El sistema de combustible dual no necesita el hidrógeno de alta pureza, muy caro de producir, que requieren otros sistemas de pilas de combustible de hidrógeno. El híbrido diésel-hidrógeno ha demostrado una mejora en la eficiencia de más del 26% respecto a los motores diésel convencionales. El control independiente de la sincronización de la inyección directa de hidrógeno y diésel, permite regular todos los modos de combustión, ya sea premezclado o controlado por mezcla de hidrógeno.
Aplicaciones prácticas
La nueva tecnología tiene un potencial inmediato de uso en aplicaciones industriales que ya cuentan con líneas permanentes de suministro de hidrógeno, como las minas, donde alrededor del 30% de las emisiones de gases de efecto invernadero provienen del uso de motores diésel en vehículos mineros y generadores de energía. El profesor Kook destaca que en las minas, donde ya se dispone de hidrógeno, los motores diésel existentes pueden ser convertidos para utilizarlos en la generación de energía.
Sin embargo, en aplicaciones donde se requiere almacenamiento y transporte de hidrógeno, como en los camiones diésel, se necesitaría desarrollar sistemas de almacenamiento de hidrógeno para integrarlos en el sistema de inyección. Kook señala la importancia de este desarrollo adicional de la tecnología de almacenamiento que actualmente representa un desafío significativo.
