El nombre Cummins será familiar para muchos. Es un reconocido fabricante de motores, y pone sus propulsores en numerosos vehículos de multitud de fabricantes diferentes. Normalmente son motores diésel, pero también trabaja con gas natural y con hidrógeno, y recientemente ha presentado un nuevo turbocompresor diseñado exclusivamente para motores de combustión interna de hidrógeno.
Si hablamos de vehículos, con el hidrógeno existen dos líneas de trabajo: la pila de combustible y los motores de combustión interna de hidrógeno. Estos últimos se basan en la misma tecnología de combustión interna que los diésel, con algunas modificaciones, pero el combustible que queman es hidrógeno.
Para lograr la máxima eficiencia, todavía necesitan unos ajustes aquí y allá, y añadir un turbocompresor es uno de esos pasos necesarios. En este sentido, Cummins ha presentado un turbo de geometría variable, denominado CC2 H2 ICE, para poder regular el flujo de aire a través del turbo según la demanda de potencia en cada momento.
El turbo ayuda a compensar la menor densidad energética del hidrógeno y las mayores necesidades de flujo de aire en comparación con los combustibles fósiles. Esencialmente, el principio de funcionamiento es el mismo que en los turbos que conocemos, pero en el caso de los motores de hidrógeno, parece aún más necesario.
Según Cummins, una combustión pobre con mayor flujo de aire es fundamental para minimizar las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) en los motores de combustión de hidrógeno, al igual que reducir el lag (retraso) del turbo. Porque, efectivamente, aunque los motores de hidrógeno son menos contaminantes, aún producen pequeñas emisiones nocivas como óxidos de nitrógeno. Además, tener un control más preciso del turbocompresor (reduciendo el lag que mencionábamos) también puede ayudar a reducir las emisiones.
Cummins ha estado haciendo hincapié en la combustión de hidrógeno. En 2023 ya presentó un prototipo de motor de combustión de hidrógeno para un camión Peterbilt. Y ahora está empezando a probar motores de hidrógeno con este nuevo turbo. El proyecto tiene la mirada puesta principalmente en camiones para Europa, aunque no descartan el mercado estadounidense.
¿Qué tiene de especial un turbo para motores de hidrógeno?
Los motores de combustión de hidrógeno de cuatro tiempos funcionan según los mismos principios físico-químicos que los motores de combustión tradicionales, pero pueden ser más eficientes. Comparten componentes como el bloque motor, cigüeñal y sistemas de encendido con los motores de gas natural y se adaptan perfectamente a los diseños ya existentes, así que requieren menos inversión en desarrollo y producción que la pila de combustible.
Al aumentar el flujo de aire hacia la cámara de combustión, el turbo compensa la menor densidad energética del hidrógeno. Pero un turbocompresor para motores de hidrógeno requiere ciertas consideraciones específicas.
La principal tiene que ver con la densidad de potencia: el hidrógeno requiere un flujo de aire significativamente mayor que los combustibles fósiles como el diésel, la gasolina o el gas natural. Es decir, 1 gramo de hidrógeno tiene menos energía que 1 gramo de gas natural, por ejemplo. Esto exige turbocompresores más grandes y complejos. Y esto, a su vez, lleva a plantearse el uso de un sistema de dos etapas con dos turbos dispuestos secuencialmente: un turbo pequeño de alta presión para una respuesta rápida y par a bajas velocidades, y un turbo más grande de baja presión para una potencia suave a regímenes más altos.
Esto encarece el conjunto. Los sistemas de una sola etapa son más simples y baratos, por tanto más rentables, pero tienen dificultades para proporcionar el flujo de aire necesario para los motores de combustión de hidrógeno. Así pues, el mayor coste es otro aspecto a tener muy en cuenta.