Gli esperti del settore parlano dei motori a idrogeno e della decarbonizzazione

In un momento in cui prosegue il dibattito sul ruolo a lungo termine dei motori a combustione interna (ICE) negli sforzi globali di decarbonizzazione, l'organizzazione no-profit Engine Technology Forum ha riunito un gruppo di esperti del settore in un recente webinar per discutere del futuro dell'idrogeno nei motori a combustione interna come strategia di decarbonizzazione.

"Vediamo il futuro dei motori a combustione interna (ICE) nella riduzione delle emissioni, nella maggiore efficienza e nel passaggio a carburanti sostenibili e rinnovabili", ha affermato Allen Schaeffer, direttore esecutivo dell'Engine Technology Forum, introducendo il webinar. "E, in definitiva, li consideriamo anche una componente fondamentale del futuro energetico".

Foto: Grispb tramite Adobe Stock

Jim Nebergall, direttore esecutivo per la strategia di mercato di Cummins, ha affermato che i motori a combustione interna a idrogeno sono alla portata del mercato.

"Possiamo raggiungere la produzione su larga scala nel giro di un decennio perché si tratta di tecnologia convenzionale", ha affermato. "Sappiamo come costruire motori – e lo sentirete dire da diverse aziende – sappiamo come far funzionare i motori con questo carburante".

Nebergall ha aggiunto che dalle sue conversazioni con gli utenti finali è emerso che molti sono entusiasti dei motori a combustione interna a idrogeno perché "è la soluzione più simile al diesel che svolge il suo compito, che fornisce potenza e coppia. Può funzionare negli ambienti e con le attrezzature esistenti".

Ivan Tate, responsabile dell'ingegneria di prodotto per il Nord America di FPT Industrial, ha definito i motori a combustione interna a idrogeno un "naturale passo avanti" tecnologico rispetto ad altri motori, come quelli alimentati a gas naturale.

Anche Johnson Matthey, specialista in post-trattamento, ha partecipato alla tavola rotonda. "Idrogeno pulito: crediamo che giocherà un ruolo fondamentale in un futuro a basse emissioni di carbonio, in particolare in quelle aree in cui sarà piuttosto difficile decarbonizzare in altri modi", ha affermato Louise Arnold, Product Line Director, Light Duty, di Johnson Matthey.

Secondo Dmitri Konson, vicepresidente dell'ingegneria globale di Tenneco, azienda specializzata in tecnologie di propulsione, i motori a combustione interna alimentati a idrogeno sono fondamentali per il futuro della mobilità. "Lo consideriamo il passo più concreto verso la decarbonizzazione delle flotte commerciali e dei veicoli fuoristrada nel prossimo futuro".

Benefici delle emissioni

Uno dei principali vantaggi citati dai relatori durante il webinar sono state le emissioni. Nebergall ha affermato che, nel caso dell'idrogeno verde, prodotto da fonti rinnovabili, l'idrogeno nei motori a combustione interna rappresenta una soluzione a zero emissioni di carbonio lungo l'intera catena di approvvigionamento.

"Se l'energia utilizzata per creare il carburante è rinnovabile, si tratta di una storia di zero emissioni di carbonio dal pozzo alla ruota e di zero emissioni di carbonio dallo scarico", ha affermato.

Arnold ha affermato che uno dei vantaggi dell'idrogeno come combustibile è che può quasi sostituire direttamente gli attuali combustibili fossili.

"Dico quasi, c'è molto in gioco, ma può essere utilizzato in modo molto simile a come lo usiamo attualmente per il diesel. E quindi, può essere utilizzato come strumento per raggiungere un futuro a emissioni di carbonio ancora più basse di quelle che prevediamo al momento."

Nebergall ha osservato che l'idrogeno ha emissioni di ossido di azoto (NOx) intrinsecamente inferiori. "Pertanto, la tecnologia di post-trattamento necessaria per ridurre ulteriormente gli NOx richiede meno lavoro per abbattere gli NOx finali."

Per quanto riguarda il post-trattamento, Arnold ha illustrato nei dettagli l'approccio.

"C'è il catalizzatore di ossidazione che gestisce qualsiasi perdita di idrogeno", ha detto. "Poi questo pulisce i gas di scarico per passare alla fase di riduzione con l'urea. Potrebbe esserci anche un ASC (catalizzatore di rilascio di ammoniaca), che gestirebbe qualsiasi potenziale sovrainiezione di urea."

Arnold ha affermato che il passaggio finale sarebbe stato un piccolo filtro antiparticolato per gestire qualsiasi particolato generato dal motore o prodotto dal sistema di post-trattamento stesso. Ha aggiunto che Johnson Matthey sta lavorando con i clienti su diverse varianti di questo approccio, pensate per soddisfare esigenze specifiche.

Konson ha affermato che le minime emissioni di NOx derivanti dall'idrogeno non sono un prodotto del carburante stesso, che non contiene azoto.

"L'unico azoto che si trova realmente nei gas di scarico è quello presente nell'aria, che fa parte del processo di combustione che entra nel motore", ha affermato. "Quindi, la quantità di azoto è minima."

Preoccupazioni "immobiliari"

Una sfida relativa all'idrogeno è garantire che a bordo di un veicolo o di una macchina possa essere immagazzinato carburante sufficiente a garantirne il funzionamento. Nebergall ha affermato che Cummins sta valutando di avere circa 80 kg di idrogeno a bordo di un veicolo, il che gli garantirebbe un'autonomia equivalente a circa 800 km.

"Quegli 80 kg... pensiamo di poterli confezionare in un tipico stile da cabina di guida", ha detto. "Sarebbe molto simile a un camion a gas naturale. Non si noterebbe nemmeno la differenza guardando i serbatoi, anche se hanno pareti più spesse a causa della maggiore pressione e pesano di più."

Secondo Nebergall, il peso totale aggiunto a un camion tra il carburante e i serbatoi si aggira intorno ai 1.130 kg. Ha aggiunto la speranza che le agevolazioni del Dipartimento dei Trasporti degli Stati Uniti (DOT) per tecnologie alternative, come quelle per il gas naturale, si applichino anche all'idrogeno.

Tate ha aggiunto che, sebbene sia relativamente facile trovare spazio su un camion per il trasporto di idrogeno come carburante, le sfide sono maggiori con le attrezzature fuoristrada.

"Se consideriamo i nostri grandi consumatori di veicoli fuoristrada, bevono 1000 litri di carburante in una sola volta, in un'unica operazione, in un giorno", ha affermato. "Abbiamo ancora problemi di imballaggio. E certamente anche i contenitori cilindrici sono più difficili da imballare".

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