Nebergall de Cummins analiza el futuro de los motores de combustión interna de hidrógeno

En un seminario web del Foro de Tecnología de Motores (ETF) celebrado en julio sobre motores de combustión interna (CI) de hidrógeno y descarbonización, Jim Nebergall, de Cummins, afirmó que la descarbonización de vehículos y equipos requerirá diversos enfoques. El director general del negocio de motores de hidrógeno de Cummins añadió que se necesitarán múltiples soluciones energéticas, incluyendo motores de combustión avanzados, baterías eléctricas y pilas de combustible. Necesitamos soluciones diversas.

Esta filosofía se sustenta en la estrategia HELM de Cummins. Jane Beaman, quien lidera el negocio de carretera de Cummins, y quien representa "mayor eficiencia, menores emisiones y múltiples combustibles", afirmó en un video publicado en el sitio web de la compañía que este enfoque brinda a los clientes el control sobre cómo navegan sus propios viajes. Pueden elegir el tipo de combustible que mejor se adapte a ellos, a sus negocios y a sus objetivos.

Los motores desarrollados como parte del programa HELM están diseñados de modo que la selección de un tipo de combustible, incluido el hidrógeno, requiere cambiar una cantidad mínima de componentes.

“Se pide de fábrica como motor diésel, de gas natural o de hidrógeno”, declaró Nebergall en una entrevista con Power Progress . “Por lo tanto, parte de esa estrategia de inversión nos permitirá ser ágiles y tener más opciones en el mercado, ya que creemos que se requerirán muchas opciones para descarbonizar”.

El motor Cummins X15, que forma parte del programa HELM. (Foto: Cummins)

Sin embargo, según Nebergall, dos de los motores del programa HELM (uno de 6,7 L y otro de 15 L) están en camino de estar listos para el combustible de hidrógeno.

“Hoy estamos probando activamente ambos motores en diferentes lugares del mundo”, dijo. “Están en celdas de prueba y, de hecho, estamos realizando pruebas en cuatro continentes con ambos motores”.

Experiencia de chispa encendida

Parte de lo que hace que estos motores de hidrógeno sean comercialmente viables es la experiencia de Cummins en el diseño de motores de combustión interna con encendido por chispa.

“Tenemos más de 20 años de experiencia con motores de gas natural de encendido por chispa”, dijo Nebergall. “Por lo tanto, existen muchas similitudes en el diseño del gas natural, pero también diferencias porque es un combustible diferente. Tiene características diferentes”.

Nebergall añadió que también existen similitudes ocasionales con los motores diésel. Por ejemplo, el uso planificado por Cummins de la tecnología de combustión pobre para la combustión de hidrógeno (CI) resulta en un postratamiento similar al utilizado en los motores diésel.

“Eso significa que se tiene un postratamiento más similar al diésel, con SCR (reducción catalítica selectiva) como dispositivo de control de NOx (óxidos de nitrógeno), a diferencia de los motores de gas natural, que son estequiométricos, es decir, utilizan la misma cantidad de aire y combustible”, explicó. “Utilizan un catalizador de tres vías para el control de NOx”.

Solución similar al diésel

En el seminario web de ETF, Nebergall señaló que los comentarios de los usuarios finales indican que la tecnología de IC de hidrógeno es la más similar al diésel en el sentido de que un motor de hidrógeno "proporciona la potencia, el torque; puede operar en los entornos y equipos existentes".

Una razón para ello es la tecnología de inyección directa.

"Eso significa que hay un inyector de combustible por cilindro, a diferencia de un motor con inyección de combustible en el puerto, donde se inyecta combustible en el colector de admisión en algún lugar aguas arriba y luego el combustible se lleva a la cámara de combustión", dijo Nebergall a Power Progress , y agregó que el enfoque permite que el motor logre potencia y torque equivalentes a un motor diésel moderno.

Descarbonización de servicio pesado

En cuanto al uso de motores de combustión interna de hidrógeno en el futuro, Nebergall afirmó que las mejores aplicaciones serán aquellas difíciles de descarbonizar. Uno de estos objetivos para una adopción temprana es el mercado de camiones pesados.

“Los camiones pesados recorren muchos kilómetros”, dijo. “Eso significa que consumen mucho combustible. Además, suelen ser propiedad de un cliente grande que tiene varias unidades. Estas empresas suelen tener objetivos ambientales, sociales y de gobernanza (ESG) y buscan descarbonizarse”.

El tamaño de estas flotas y su interés en el hidrógeno también pueden ayudar a abordar los obstáculos en la infraestructura de abastecimiento de combustible.

“No veremos una red de estaciones de servicio desde el primer día”, dijo Nebergall. “Desarrollar redes de abastecimiento lleva mucho tiempo”. Añadió que la infraestructura de gas natural en Estados Unidos, si bien es relativamente robusta, tardó unos 20 años en desarrollarse.

“Las grandes flotas tienen la capacidad de hacer algo en sus instalaciones, en sus depósitos, donde pueden traer la infraestructura, traer el combustible”, dijo Nebergall, y agregó que esto resultará en una infraestructura de abastecimiento de combustible más privada desde el principio.

“Tenerlo en el sitio y luego tener objetivos de descarbonización comienza a preparar algunas de las primeras aplicaciones”, dijo.

Aplicaciones de equipos agrícolas

La maquinaria agrícola representa otra oportunidad para los motores de combustión interna de hidrógeno. Nebergall citó la carta de intención que Cummins firmó con Buhler Industries en 2022 para integrar motores de combustión interna de hidrógeno en los tractores Versatile.

“No hay muchas opciones prácticas en ese entorno”, dijo. “Es polvoriento y sucio. Normalmente, es un lugar remoto. Hoy en día, si se trae combustible diésel, se puede traer hidrógeno y satisface las necesidades de la aplicación”.

Según Nebergall, un desafío en las aplicaciones agrícolas es el almacenamiento de combustible.

“Se necesita mucho espacio para almacenar combustible de hidrógeno, aunque esté comprimido, a alta presión y en estos tanques de fibra de carbono”, dijo. “Es mucho espacio cuando se compara un galón de diésel (el espacio físico necesario para almacenar un galón de diésel) con el contenido energético equivalente del hidrógeno”.

Próximos pasos

Nebergall dijo que, con respecto a los motores de combustión interna de hidrógeno de Cummins, hay algunos pasos adicionales que deben realizarse antes de lanzarlos comercialmente.

"Estamos reduciendo las arquitecturas para que sean la solución definitiva", dijo. "El siguiente paso sería implementar el producto en aplicaciones, en vehículos, y empezar a adquirir experiencia práctica para luego pasar a producción".

El apoyo regulatorio, los OEM interesados en la tecnología y la infraestructura de combustible también son claves para la adopción a largo plazo.

“En general, consideramos que el final de la década es el momento adecuado para planificar el lanzamiento de la tecnología, y eso es lo que buscamos”.

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