Nebergall di Cummins discute del futuro dei motori a idrogeno

In un webinar dell'Engine Technology Forum (ETF) di luglio sui motori a combustione interna (IC) a idrogeno e la decarbonizzazione, Jim Nebergall di Cummins ha affermato che la decarbonizzazione di veicoli e attrezzature richiederà approcci diversificati. Il direttore generale della divisione motori a idrogeno di Cummins ha aggiunto che saranno necessarie "diverse soluzioni di alimentazione, tra cui motori a combustione interna avanzati, batterie elettriche e celle a combustibile. Abbiamo bisogno di soluzioni diversificate".

A supporto di questa filosofia c'è la strategia HELM di Cummins. Acronimo di "maggiore efficienza, minori emissioni, più carburanti", Jane Beaman, responsabile del business on-highway di Cummins, ha affermato in un video sul sito web dell'azienda che questo approccio offre ai clienti il controllo su come gestire i propri viaggi. Possono scegliere il tipo di carburante più adatto a loro, alla loro attività e ai loro obiettivi.

I motori sviluppati nell'ambito del programma HELM sono progettati in modo che la scelta del tipo di carburante, compreso l'idrogeno, richieda la sostituzione di un numero minimo di componenti.

"Viene ordinato direttamente dalla fabbrica come motore diesel, a gas naturale o a idrogeno", ha dichiarato Nebergall in un'intervista a Power Progress . "Quindi, parte di questa strategia di investimento è permetterci di essere agili e di offrire più opzioni al mercato, perché crediamo che saranno necessarie molte opzioni per decarbonizzare".

Il motore Cummins X15, parte del programma HELM. (Foto: Cummins)

Tuttavia, secondo Nebergall, due dei motori del programma HELM, un 6,7 L e un 15 L, sono entrambi sulla buona strada per essere pronti per l'alimentazione a idrogeno.

"Stiamo testando attivamente entrambi i motori in diverse parti del mondo oggi", ha detto. "Sono in celle di prova e al momento li stiamo testando in quattro continenti."

Esperienza scintillante

Uno dei motivi per cui questi motori a idrogeno sono commercialmente validi è l'esperienza di Cummins nella progettazione di motori a combustione interna ad accensione comandata.

"Abbiamo oltre 20 anni di esperienza con i motori a gas naturale ad accensione comandata", ha affermato Nebergall. "Quindi, ci sono molte somiglianze nella progettazione del gas naturale, ma ci sono anche differenze perché si tratta di un combustibile diverso. Ha caratteristiche diverse."

Nebergall ha aggiunto che ci sono anche occasionali somiglianze con i motori diesel. Ad esempio, l'uso pianificato da Cummins della tecnologia a combustione magra per i motori a combustione interna a idrogeno comporta un post-trattamento simile a quello utilizzato nei motori diesel.

"Ciò significa che si dispone di un post-trattamento più simile a quello del diesel, con la riduzione catalitica selettiva (SCR) come dispositivo di controllo degli NOx (ossidi di azoto), a differenza dei motori a gas naturale, che sono stechiometrici, ovvero aria e carburante in egual misura", ha spiegato. "Utilizzano un catalizzatore a tre vie per il controllo degli NOx."

Soluzione simile al diesel

Nel webinar dell'ETF, Nebergall ha osservato che il feedback degli utenti finali indica che la tecnologia dei motori a idrogeno è la più simile al diesel in quanto un motore a idrogeno "fornisce potenza e coppia e può funzionare negli ambienti e con le attrezzature esistenti".

Uno dei motivi è la tecnologia di iniezione diretta.

"Ciò significa che c'è un iniettore di carburante per cilindro, a differenza di un motore a iniezione diretta in cui il carburante viene iniettato nel collettore di aspirazione a monte e poi il carburante viene portato nella camera di combustione", ha spiegato Nebergall a Power Progress , aggiungendo che questo approccio consente al motore di raggiungere una potenza e una coppia equivalenti a quelle di un moderno motore diesel.

Decarbonizzazione pesante

Per quanto riguarda l'utilizzo futuro di motori a combustione interna a idrogeno, Nebergall ha affermato che le applicazioni migliori saranno quelle difficili da decarbonizzare. Uno di questi obiettivi per un'adozione precoce è il mercato dei camion pesanti.

"I camion pesanti percorrono molti chilometri", ha affermato. "Questo significa che consumano molto carburante. Inoltre, i camion pesanti sono in genere di proprietà di un grande cliente che possiede più unità. Si tratta di aziende che in genere hanno obiettivi ESG (ambientali, sociali e di governance) e stanno cercando di decarbonizzare".

Le dimensioni di queste flotte e il loro interesse per l'idrogeno possono anche contribuire ad affrontare gli ostacoli nelle infrastrutture di rifornimento.

"Non vedremo una rete di stazioni di rifornimento fin dal primo giorno", ha detto Nebergall. "Ci vuole molto tempo per sviluppare reti di rifornimento". Ha aggiunto che l'infrastruttura del gas naturale negli Stati Uniti, sebbene relativamente solida, ha richiesto circa 20 anni per essere sviluppata.

"Le grandi flotte hanno la possibilità di fare qualcosa presso le loro strutture, presso i loro depositi, dove possono introdurre l'infrastruttura, portare il carburante", ha affermato Nebergall, aggiungendo che ciò si tradurrà fin dall'inizio in un'infrastruttura di rifornimento più privata.

"Avere questa tecnologia in loco e poi avere obiettivi di decarbonizzazione è il primo passo per avviare alcune delle prime applicazioni", ha affermato.

Applicazioni per attrezzature agricole

Le attrezzature agricole rappresentano un'ulteriore opportunità per i motori a combustione interna a idrogeno. Nebergall ha citato la lettera d'intenti firmata da Cummins con Buhler Industries nel 2022 per integrare i motori a combustione interna a idrogeno nei trattori Versatile.

"Non ci sono molte opzioni pratiche in quell'ambiente", ha detto. "È polveroso, sporco. Di solito è un posto isolato. Oggi, se si importa gasolio, si può importare idrogeno, che soddisfa le esigenze applicative".

Secondo Nebergall, una sfida nelle applicazioni agricole è lo stoccaggio del carburante.

"Ci vuole molto spazio per immagazzinare l'idrogeno, anche se è compresso, ad alta pressione e in questi serbatoi in fibra di carbonio", ha affermato. "È una richiesta di spazio enorme se si confronta un gallone di gasolio – quanto spazio fisico serve per immagazzinarlo – con l'equivalente contenuto energetico dell'idrogeno."

Prossimi passi

Nebergall ha affermato che per quanto riguarda i motori a combustione interna a idrogeno Cummins, ci sono alcuni passaggi aggiuntivi da completare prima del loro lancio commerciale.

"Stiamo restringendo le architetture per arrivare alla soluzione finale", ha affermato. "Il passo successivo sarà quello di implementare effettivamente il prodotto nelle applicazioni, nei veicoli, e iniziare ad acquisire esperienza pratica per poi passare alla produzione".

Anche il supporto normativo, gli OEM interessati alla tecnologia e le infrastrutture per i carburanti sono essenziali per l'adozione a lungo termine.

"In generale, riteniamo che la fine del decennio sia il momento giusto per pianificare il lancio della tecnologia, ed è questo il nostro obiettivo."

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