Nebergall, da Cummins, discute o futuro dos motores de combustão interna a hidrogênio

Em um webinar do Fórum de Tecnologia de Motores (ETF) de julho sobre motores de combustão interna (CI) a hidrogênio e descarbonização, Jim Nebergall, da Cummins, afirmou que a descarbonização de veículos e equipamentos exigirá uma variedade de abordagens. O gerente geral da unidade de motores a hidrogênio da Cummins acrescentou que serão necessárias "múltiplas soluções de energia, incluindo motores de combustão avançados, baterias elétricas e células de combustível. Precisamos de soluções diversificadas".

Apoiando essa filosofia está a estratégia HELM da Cummins. Representando "maior eficiência, menores emissões e múltiplos combustíveis", Jane Beaman, que lidera a divisão rodoviária da Cummins, afirmou em um vídeo no site da empresa que a abordagem dá aos "clientes o controle de como navegam em suas próprias jornadas. Eles podem escolher o tipo de combustível que melhor se adapta a eles, aos seus negócios e aos seus objetivos".

Os motores desenvolvidos como parte do programa HELM são projetados de forma que a seleção de um tipo de combustível, incluindo hidrogênio, exija a troca de um número mínimo de componentes.

“Ele é encomendado de fábrica como um motor a diesel, a gás natural ou a hidrogênio”, disse Nebergall em entrevista ao Power Progress . “Portanto, parte dessa estratégia de investimento é nos permitir ser ágeis e ter mais opções para o mercado, porque acreditamos que muitas opções serão necessárias para a descarbonização.”

O motor Cummins X15, que faz parte do programa HELM. (Foto: Cummins)

No entanto, de acordo com Nebergall, dois motores do programa HELM — um de 6,7 L e um de 15 L — estão prontos para usar hidrogênio como combustível.

“Estamos testando ativamente ambos os motores em diferentes lugares do mundo hoje”, disse ele. “Eles estão em células de teste, e estamos testando esses dois motores em quatro continentes no momento.”

Experiência Ignição por Faísca

Parte do que torna esses motores a hidrogênio comercialmente viáveis é a experiência da Cummins no projeto de motores de combustão interna com ignição por faísca.

“Temos mais de 20 anos de história com motores de ignição por faísca a gás natural”, disse Nebergall. “Portanto, há muitas semelhanças no projeto [de] um motor a gás natural, mas também há diferenças porque é um combustível diferente. Ele tem características diferentes.”

Nebergall acrescentou que também existem semelhanças ocasionais com motores a diesel. Por exemplo, o uso planejado pela Cummins da tecnologia de combustão pobre para o circuito integrado de hidrogênio resulta em um pós-tratamento semelhante ao usado em motores a diesel.

“Isso significa que você tem um pós-tratamento que se parece mais com o diesel, com SCR (redução catalítica seletiva) como dispositivo de controle de NOx (óxidos de nitrogênio), ao contrário dos motores a gás natural, que são estequiométricos, o que significa ar e combustível iguais”, disse ele. “Eles usam um catalisador de três vias para controle de NOx.”

Solução semelhante ao diesel

No webinar do ETF, Nebergall observou que o feedback dos usuários finais indica que a tecnologia de CI de hidrogênio é a mais semelhante ao diesel, pois um motor de hidrogênio "fornece a potência, o torque — ele pode operar nos ambientes e equipamentos existentes".

Uma razão para isso é a tecnologia de injeção direta.

"Isso significa que há um injetor de combustível por cilindro, ao contrário de um motor com injeção de combustível na porta, onde você injeta combustível no coletor de admissão em algum lugar a montante e então o combustível é levado para a câmara de combustão", disse Nebergall ao Power Progress , acrescentando que a abordagem permite que o motor alcance potência e torque equivalentes a um motor a diesel moderno.

Descarbonização Pesada

Quanto ao uso de motores de combustão interna a hidrogênio no futuro, Nebergall afirmou que as melhores aplicações serão aquelas difíceis de descarbonizar. Um desses alvos para adoção antecipada é o mercado de caminhões pesados.

“Caminhões pesados percorrem muitos quilômetros”, disse ele. “Isso significa que consomem muito combustível. Mas, além disso, caminhões pesados geralmente são propriedade de um grande cliente [que] possui várias unidades. Essas são empresas que normalmente têm metas ESG (ambientais, sociais e de governança) e estão tentando descarbonizar.”

O tamanho dessas frotas e seu interesse em hidrogênio também podem ajudar a superar obstáculos na infraestrutura de abastecimento.

“Não veremos uma rede de postos de abastecimento no primeiro dia”, disse Nebergall. “Leva muito tempo para desenvolver redes de abastecimento.” Ele acrescentou que a infraestrutura de gás natural nos EUA, embora relativamente robusta, levou cerca de 20 anos para se desenvolver.

“Grandes frotas têm a capacidade de fazer algo em suas instalações, em seus depósitos, onde podem trazer a infraestrutura, trazer o combustível”, disse Nebergall, acrescentando que isso resultará em uma infraestrutura de abastecimento mais privada desde o início.

“Tê-lo no local e estabelecer metas de descarbonização começa a configurar algumas das primeiras aplicações”, disse ele.

Aplicações de equipamentos agrícolas

Equipamentos agrícolas representam outra oportunidade para motores de combustão interna a hidrogênio. Nebergall citou a carta de intenções que a Cummins assinou com a Buhler Industries em 2022 para integrar motores de combustão interna a hidrogênio com tratores Versatile.

“Não há muitas opções práticas naquele ambiente”, disse ele. “É empoeirado, é sujo. Geralmente, é remoto. Hoje, se o óleo diesel for introduzido, é possível usar hidrogênio, e isso atende às necessidades da aplicação.”

De acordo com Nebergall, um desafio nas aplicações agrícolas é o armazenamento de combustível.

“É preciso muito espaço para armazenar hidrogênio combustível, mesmo que ele esteja comprimido, sob alta pressão e nesses tanques de fibra de carbono”, disse ele. “É uma grande demanda por espaço quando você compara um galão de diesel — quanto espaço físico você precisa para armazenar um galão de diesel — com o conteúdo energético equivalente do hidrogênio.”

Próximos passos

Nebergall disse que, em relação aos motores de combustão interna a hidrogênio da Cummins, há algumas etapas adicionais que precisam acontecer antes de lançá-los comercialmente.

“Estamos estreitando as arquiteturas para chegar à solução final”, disse ele. “O próximo passo seria realmente colocar o produto em aplicações, em veículos, começar a ganhar experiência no mundo real e, então, entrar em produção.”

Suporte regulatório, OEMs interessados na tecnologia e infraestrutura de combustível também são essenciais para a adoção a longo prazo.

“Em geral, vemos o final da década como o momento certo para planejar o lançamento da tecnologia, e é isso que estamos almejando.”

Cummins apresentará tecnologia compatível com Euro 7 na IAA Transportation 2024 O hardware faz parte da estratégia Destination Zero da empresa

Nova instalação de testes de trem de força na fábrica da Cummins em Darlington, Reino Unido. A instalação dará suporte ao desenvolvimento de trens de força completos para veículos.