Wczoraj Politechnika Krakowska zaprezentowała efekt ostatnich prac badawczych: klasyczny silnik spalinowy przerobiony na spalanie wodoru. Tu i ówdzie pojawiły się sugestie, że oto pojawiła się nadzieja dla milionów posiadaczy zwykłych aut spalinowych. Niestety, z komunikacji wynika, że to mało prawdopodobne – i głównym hamulcowym nie jest tu brak zaangażowania badaczy, lecz prawa fizyki. Bo wodór ma znacznie niższą gęstość energii.
Silnik spalinowy na wodór
Jak poinformowano w oficjalnej wiadomości, Politechnika Krakowska od kilkudziesięciu lat prowadzi eksperymenty z użyciem wodoru do zasilania tłokowych silników spalinowych. Mimo tego zdecydowano się nie na silnik z samochodu osobowego, lecz na rozwiązanie przemysłowe: pięciocylindrowy silnik Scania o pojemności ponad 9 litrów (!) – aktualnie oferowane jednostki tego typu mają od 202 kW/275 KM do 294 kW/400 KM mocy przy zasilaniu olejem napędowym.
Silnik Scania przerobiony na zasilanie wodorem (c) Jan Zych / Politechnika Krakowska
Duże pojemności pozwalają na osiągnięcie dużych momentów obrotowych (niemal 1 900 Nm przy 1 400 obr/min), ale skutkują wysokim spalaniem klasycznego paliwa. Podczas prezentacji nie podano zużycia wodoru przez silnik Scanii, a przynajmniej nie udało nam się nigdzie znaleźć tej informacji. W przypadku oleju napędowego jest to około 35 litrów na godzinę pracy (Scania DC09).
Ile wodoru trzeba spalić w silniku spalinowym?
Gęstość energii benzyny i oleju napędowego wynosi odpowiednio 9,5 i 10,7 kWh/l, z kolei gęstość energii wodoru w stanie ciekłym wynosi zaledwie 2,4-2,8 kWh/l. Utrzymanie gazu w stanie ciekłym to duży wydatek energetyczny, dlatego we współczesnych nam samochodach osobowych na wodór przechowuje się go w stanie gazowym pod ciśnieniem 70 MPa (autobusy i ciężarówki – połowa tej wartości). Gazowy wodór ma gęstość energii wynoszącą 1,3-1,5 kWh/l, średnio siedmiokrotnie niższą niż paliwa pochodzące z ropy naftowej.
Skoro silnik Scania DC09 zużywa 35 litrów oleju napędowego na godzinę pracy, to w przypadku gazowego wodoru do wyprodukowania tej samej ilości energii potrzebujemy aż 268 litrów gazu. Profesor Marek Brzeżański kierujący Katedrą Pojazdów Samochodowych Politechniki Krakowskiej uważa, że „podczas zasilania wodorem znika problem zasięgu pojazdu”, nie dodał jednak, że zbiorniki Toyoty Mirai II mieszczą 5,6 kg/141 litrów H2, zatem przy tym konkretnym silniku wystarczyłyby do jazdy przez 31,5 minuty.
Samochodów na wodór w stanie ciekłym aktualnie nie ma, BMW Hydrogen 7 miał zbiornik o pojemności 170 litrów, zatem mógłby jechać przez 38 minut. Trudno powiedzieć, czy faktycznie „znika problem zasięgu pojazdu”…
Profesor Marek Brzeżański (czwarty od prawej) tłumaczący zasady działania silnika spalinowego na wodór (c) Jan Zych / Politechnika Krakowska
Przy okazji prezentacji zastrzeżono, że [mimo kilkudziesięciu lat doświadczeń] przystosowanie silnika spalinowego do spalania wodoru nie była zadaniem łatwym. Wodór ma inne własności niż stosowane dotychczas paliwa, dlatego konieczne było zaprojektowanie od nowa systemu spalania, użycie innych tłoków i innego systemu doprowadzania paliwa. Mowa jest nawet o układzie zapłonowym i nowym oprogramowaniu silnika (źródło).
Nota od redakcji Elektrowozu: zależało nam, żeby to mocno wybrzmiało. Przy spalaniu wodoru ograniczeniem NIE JEST problem technologiczny, brak zaawansowania takich jednostek. Ograniczeniem jest gęstość energii wodoru jako paliwa, której nie przeskoczymy, połączona z niską sprawnością silników spalinowych.