Especialistas do setor falam sobre motores de hidrogênio IC na descarbonização

Em um momento em que o debate continua sobre o papel de longo prazo dos motores de combustão interna (MCI) nos esforços globais de descarbonização, o Fórum de Tecnologia de Motores, uma organização sem fins lucrativos, reuniu um painel de especialistas do setor em um webinar recente para discutir o futuro do hidrogênio em motores de combustão interna como uma estratégia de descarbonização.

“Vemos o futuro do MCI como um caminho para a redução de emissões, aumento da eficiência e uma transição para combustíveis sustentáveis e renováveis”, disse Allen Schaeffer, diretor executivo do Engine Technology Forum, ao apresentar o webinar. “E, no fim das contas, também o vemos como uma parte fundamental do futuro energético.”

Foto: Grispb via Adobe Stock

Jim Nebergall, diretor executivo de estratégia de mercado da Cummins, disse que os motores de combustão interna a hidrogênio estão ao alcance do mercado.

“Podemos atingir a produção em escala na próxima década porque é uma tecnologia convencional”, disse ele. “Sabemos como fabricar motores — e vocês vão ouvir isso de várias empresas — sabemos como fazer motores funcionarem com esse combustível.”

Nebergall acrescentou que suas conversas com usuários finais revelaram que muitos estão entusiasmados com os motores de combustão interna a hidrogênio porque "é a solução mais próxima do diesel, que realiza a tarefa, fornece a potência e o torque. Pode operar nos ambientes e equipamentos existentes".

Ivan Tate, chefe de engenharia de produtos da FPT Industrial na América do Norte, chamou os motores de combustão interna de hidrogênio de um "avanço natural" na tecnologia em comparação com outros motores, como os movidos a gás natural.

A especialista em pós-tratamento Johnson Matthey também participou do painel de discussão. "O hidrogênio limpo — vemos que ele desempenha um papel fundamental nesse futuro de baixo carbono, especialmente nas áreas onde será bastante difícil descarbonizar de outra forma", disse Louise Arnold, diretora de linha de produtos para serviços leves da Johnson Matthey.

De acordo com Dmitri Konson, vice-presidente de engenharia global da empresa de tecnologia de transmissão Tenneco, os motores de combustão interna movidos a hidrogênio são essenciais para o futuro da mobilidade. "Vemos isso como o passo mais pragmático em um futuro próximo rumo à descarbonização de frotas comerciais e máquinas off-road."

Benefícios de emissões

Um dos principais benefícios citados pelos painelistas durante o webinar foram as emissões. Nebergall afirmou que, no caso do hidrogênio verde, produzido por meio de energia renovável, o hidrogênio combustível em motores de combustão interna é uma solução com zero carbono em toda a cadeia de suprimentos.

“Se a energia usada para criar o combustível for renovável, a história do poço à roda será zero e a história do escapamento será zero [emissões de carbono]”, disse ele.

Arnold disse que um dos benefícios do combustível de hidrogênio é que ele pode ser quase um substituto imediato para os combustíveis fósseis atuais.

"Eu digo quase — há muita coisa envolvida nisso — mas pode ser usado de uma forma muito semelhante à que usamos atualmente com o diesel. E, portanto, pode ser usado como um facilitador para nos levar a um futuro com emissões de carbono ainda mais baixas do que o que estamos prevendo no momento."

Nebergall observou que o combustível de hidrogênio tem emissões inerentemente menores de óxido de nitrogênio (NOx). "Portanto, a tecnologia de pós-tratamento necessária para reduzir ainda mais o NOx exige menos trabalho para reduzir o NOx final."

Em relação ao pós-tratamento, Arnold elaborou a abordagem.

“Temos o catalisador de oxidação que lidará com qualquer vazamento de hidrogênio”, disse ela. “Então, isso limpa os gases de escape para a etapa de redução usando ureia. Poderia haver também um ASC (catalisador de vazamento de amônia), que lidaria com qualquer injeção excessiva de ureia.”

Arnold disse que a etapa final seria um pequeno filtro de partículas para tratar qualquer material particulado gerado pelo motor ou por um produto do próprio sistema de pós-tratamento. Ela acrescentou que a Johnson Matthey estava trabalhando com clientes em diversas variações dessa abordagem, destinadas a atender a necessidades específicas.

Konson disse que as emissões mínimas de NOx provenientes do hidrogênio não são um produto do combustível em si, que não contém nitrogênio.

“O único nitrogênio que realmente aparece no escapamento é o nitrogênio do ar, que faz parte do processo de combustão que entra no motor”, disse ele. “Portanto, a quantidade de nitrogênio é pequena.”

Preocupações com o mercado imobiliário

Um desafio em relação ao hidrogênio é garantir que combustível suficiente possa ser armazenado a bordo de um veículo ou máquina para garantir uma operação útil. Nebergall disse que a Cummins pretende ter cerca de 80 kg de hidrogênio a bordo de um veículo, o que lhe dará uma autonomia equivalente a cerca de 800 quilômetros.

"Acreditamos que esses 80 kg podem ser embalados no estilo típico de cabine traseira", disse ele. "Seria muito semelhante a um caminhão de gás natural. Nem daria para notar a diferença olhando para os tanques, embora tenham paredes mais grossas devido à pressão mais alta, e pesem mais."

Segundo Nebergall, o peso total adicionado a um caminhão entre o combustível e os tanques é de cerca de 1.133 kg. Ele acrescentou a esperança de que as permissões do Departamento de Transportes dos EUA (DOT) para tecnologias alternativas, como as do gás natural, também se apliquem ao hidrogênio.

Tate acrescentou que, embora seja relativamente fácil encontrar espaço em um caminhão rodoviário para combustível de hidrogênio, há mais desafios com equipamentos fora de estrada.

“Se observarmos nossos grandes consumidores off-road, eles consomem 1.000 litros de combustível de uma só vez, em uma única operação, em um único dia”, disse ele. “Ainda temos preocupações com a embalagem. E certamente os recipientes cilíndricos também são mais difíceis de embalar.”

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