¿Es el hidrógeno el futuro de los equipos de construcción?
16 December 2022
Luigi Arnone, director de ingeniería de motores diésel de Kohler, analiza el desarrollo de motores diésel y la posición del hidrógeno en el futuro del diseño de motores fuera de carretera.
¿Cuánto tiempo más espera Kohler que las máquinas diesel sean el centro de los proyectos de construcción?
Los motores diésel desempeñarán un papel clave en la industria de la construcción durante mucho tiempo. De manera más general, la industria seguirá necesitando motores de combustión interna para aplicaciones que tienen una gran demanda de potencia mecánica y energía.
Creemos que el futuro no tendrá una dirección única, sino que verá una amplia gama de soluciones capaces de satisfacer todos los requisitos de una gran variedad de máquinas: motores de combustión interna, unidades de potencia híbridas (termoeléctricas) y totalmente eléctricas. las unidades de potencia coexistirán juntas.
La adopción de una u otra tecnología ya depende de múltiples factores, la máquina y su ciclo de trabajo, el mercado, el entorno en el que funcionará la máquina y sus requisitos.
En cuanto a la maquinaria de construcción, hoy en día encontramos un aumento de máquinas equipadas con unidades de potencia eléctrica en el rango de tamaño pequeño. Esta es una tendencia obvia.
En el caso de máquinas con demanda de energía limitada, rango limitado y que trabajan en entornos urbanos donde hay disponibilidad de electricidad para cargar, pueden beneficiarse de la adopción de unidades de energía eléctrica.
Las máquinas más grandes, por otro lado, siguen dependiendo principalmente de motores diésel. Creo que las razones de esto radican en las características básicas de la tecnología de motores de combustión interna, que ofrecen claras ventajas.
Me refiero, por ejemplo, a una gran cantidad de energía que se puede almacenar en el depósito de combustible, lo que en definitiva no limita la autonomía del vehículo ni afecta significativamente a la disposición y masa. El reabastecimiento de combustible también es muy rápido y no afecta el tiempo de actividad de la máquina.
Sin mencionar que el costo de los motores diesel es significativamente menor que otras tecnologías.
¿Cuál es el enfoque principal del desarrollo de motores diesel en este momento?
En pocas palabras, diría que los objetivos principales del desarrollo de motores diésel son maximizar el valor para los OEM y los usuarios finales y, al mismo tiempo, reducir el impacto ambiental.
Esto se logra identificando, seleccionando e integrando las nuevas tecnologías adecuadas en el producto a través de actividades de I+D.
Específicamente, uno de los objetivos clave en el desarrollo es maximizar la productividad y el tiempo de actividad de la máquina, y minimizar los costos totales de propiedad, permitiendo así que el usuario final aproveche al máximo su máquina.
Para lograr estos objetivos, el fabricante de motores se mueve por varios caminos, comenzando desde la fase de concepto de diseño del nuevo motor.
Un enfoque para reducir el tamaño (o, como decimos, ajustar el tamaño) del motor es uno de los factores clave para mejorar el rendimiento del motor y, en consecuencia, la productividad de la máquina.
Me refiero, por supuesto, a las salidas de potencia y par, y a la capacidad del motor para responder rápidamente a las repentinas demandas de cambio de velocidad y carga típicas de muchas máquinas de construcción.
El dimensionamiento correcto también es beneficioso para controlar el consumo de combustible, así como para muchas otras características del motor. Minimizar el consumo de fluidos (combustible, lubricante, DEF, en el caso de motores con tratamiento posterior SCR) es un factor clave para controlar los costos operativos de la máquina.
Con este fin, los costos de servicio y mantenimiento también son extremadamente importantes: el diseño del motor debe diseñarse para facilitar las operaciones de servicio (también se deben considerar las herramientas de servicio avanzadas para este propósito); en paralelo, se deben considerar en el diseño del motor características para aumentar los intervalos de servicio.
Por último, pero no menos importante , la huella ambiental es otro objetivo clave del desarrollo de motores diésel. En Kohler Engines, en línea con la identidad del Grupo, estamos trabajando hacia un futuro más sostenible.
¿Se están diseñando motores diesel ahora, con miras a cambiarlos a motores de combustible de hidrógeno en el futuro?
El uso de combustible de hidrógeno en motores de combustión interna es , desde nuestro punto de vista, una de las opciones más atractivas que tenemos para minimizar la huella ambiental de los sistemas de propulsión y, al mismo tiempo, continuar explotando las ventajas de los motores sobre otros sistemas.
Creemos que el nuevo espacio de combustible juega un papel fundamental en la reducción de la huella de carbono y, en general, del impacto ambiental de los sistemas eléctricos.
Me refiero, por ejemplo, a los combustibles que han ido apareciendo en el mercado en los últimos años, como HVO, GTL, etc., cuyo uso permite una cierta reducción de las emisiones contaminantes.
Sin embargo, la principal ventaja de estos combustibles es que generan una reducción del CO2 global en el medio ambiente respecto a los combustibles fósiles de hasta un 90%. Esto incluye el CO2 necesario para producir el propio combustible.
Nuestros motores diésel están diseñados para utilizar HVO, mezclado con gasóleo o puro, sin modificaciones en el propio motor ni en el depósito y el sistema de combustible del vehículo.
En otras palabras, simplemente alimentando la máquina con HVO en lugar de diésel, se logra una reducción drástica y repentina del dióxido de carbono. Una vez más, esta es una “fruta madura”, una tecnología disponible en la actualidad que no requiere modificaciones en el motor o la máquina.
A medio plazo, el hidrógeno es una gran tecnología y se tiene debidamente en cuenta en el desarrollo de nuevos motores.
En cuanto a los motores, se están desarrollando inyectores específicos y otros componentes. Sin embargo, los motores no sufrirán cambios sustanciales en el diseño general, el tamaño y el peso.
El motor de hidrógeno, en otras palabras, es una solución directa para reemplazar el motor diesel: el mismo rendimiento y sin cambios relevantes en la instalación en las máquinas, si consideramos solo el motor.
¿Cuáles son las ventajas del hidrógeno?
Además de la ventaja obvia del CO2, que apenas está presente en el escape del motor, la adopción de un sistema de postratamiento adecuado puede llevar todas las emisiones contaminantes a valores insignificantes.
Este es un punto realmente importante: ¡la adopción del hidrógeno hace que el motor de combustión interna sea un sistema de generación de energía de casi cero emisiones!
Junto con esto, se deben considerar las ventajas del motor sobre, digamos, un sistema de propulsión basado en celdas de combustible: mayor densidad de potencia, sin necesidad de baterías, menor costo y mayor madurez tecnológica.
Vemos dos grandes desafíos con el hidrógeno. El primero es la disponibilidad de campo: ¿cómo se puede hacer que el hidrógeno esté disponible para repostar vehículos?
Se están considerando varias opciones, desde redes de distribución hasta microplantas de producción locales y estaciones de servicio.
El segundo es el almacenamiento en el vehículo: el hidrógeno se almacena en depósitos de alta presión cuyo impacto en el vehículo, en términos de volumen, no es despreciable.
La investigación avanza sobre la adopción de materiales especiales capaces de absorber y desorber hidrógeno; pero no hay tecnología sólida todavía.
En resumen, los retos están ahí, pero creemos que el motor de hidrógeno es una de las soluciones técnicas más interesantes para el futuro de la maquinaria de construcción.