La carrera para hacer que los motores diésel funcionen con hidrógeno

Se trata de un nuevo motor híbrido de hidrógeno y diésel conocido cariñosamente como "bebé número dos" que podría ayudar a descarbonizar algunas de las industrias más pesadas de Australia.

El banco de pruebas es grande: tiene su propia sala contigua a un laboratorio y a primera vista se parece a muchos otros motores grandes, pero debajo de su piel metálica podría haber una tecnología revolucionaria.

Ingenieros de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) dicen que han modificado con éxito un motor diésel convencional para utilizar una mezcla de hidrógeno y una pequeña cantidad de diésel, afirmando que su tecnología patentada ha reducido las emisiones de dióxido de carbono (CO2) en más del 85%. .

Es obra del profesor Shawn Kook y su equipo en la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Fabricación de la universidad.

"El interés en convertir un motor diésel existente en un motor de hidrógeno de combustión limpia es extremadamente alto", le dice el profesor Kook a la BBC en su laboratorio de Sydney. Han llegado consultas de Alemania, Sudáfrica, Brasil, Japón y China.

"Montamos el sistema de inyección directa de hidrógeno en los motores diésel existentes, que se puede aplicar a cualquier motor convencional", añade.

Lo que hace que su sistema sea único, según el profesor Kook, es la forma en que mezcla el hidrógeno y el diésel y luego lo introduce en el cilindro del motor para su combustión.

A diferencia de los combustibles fósiles, el hidrógeno no produce CO2 cuando se quema, por lo que durante mucho tiempo se lo ha considerado una fuente de combustible más ecológica.

Aproximadamente el 90% del combustible del motor diésel híbrido de la UNSW es ​​hidrógeno, pero debe aplicarse de forma cuidadosamente calibrada.

Si el hidrógeno no se introduce en la mezcla de combustible en el momento adecuado "se creará algo explosivo que quemará todo el sistema", explica el profesor Kook.

Dice que los estudios han demostrado que controlar la mezcla de hidrógeno y aire dentro del cilindro del motor puede ayudar a anular las nocivas emisiones de óxido de nitrógeno, que han sido un obstáculo para la comercialización de motores de hidrógeno.

El equipo de investigación de Sydney cree que todos los camiones diésel y equipos eléctricos de los sectores de minería, transporte y agricultura podrían equiparse con el nuevo sistema híbrido en sólo un par de meses.

Sin embargo, el profesor Kook duda que el híbrido sea de mucho interés en la industria del automóvil, donde los vehículos eléctricos e híbridos ya están avanzados y reemplazan a los automóviles diésel.

Sin embargo, afirma que la multimillonaria industria minera de Australia necesita una solución para todos sus equipos impulsados ​​por diésel lo antes posible.

"Tenemos tantos generadores diésel, megacamiones y máquinas subterráneas establecidos. ¿Cómo descarbonizamos todos esos motores diésel existentes? Una forma es cerrar todo e introducir nueva tecnología, lo que llevará décadas", afirma.

El plan es que el híbrido funcione con una mezcla de hidrógeno y diésel o, en ausencia de hidrógeno, pueda volver a funcionar únicamente con diésel.

El profesor Kook espera que su motor de nueva generación se convierta en un producto comercial dentro de dos años.

Tim Buckley, director de Climate Energy Finance, un grupo de expertos de interés público en Sydney, cree que la tecnología tiene el potencial de "transformar dramáticamente la industria minera australiana".

"Siempre hay un elemento de escepticismo en el trabajo que hago para evaluar lo que es exageración y esperanza en contraposición a la realidad. Dicho esto, este avance de la Universidad de Nueva Gales del Sur parece ser bastante material. Si pueden lograrlo, es una gran oportunidad", afirma.

Más tecnología de negocios:

El equipo australiano está en una carrera global para desarrollar motores híbridos diésel-hidrógeno. Ingenieros de otros países están trabajando en sus conceptos y diseños, pero el equipo de Sydney cree que tiene una ventaja.

"Creo que hemos logrado un gran avance en comparación con la mayoría de los otros grupos de investigación del mundo, donde podemos lograr un mayor porcentaje de uso de hidrógeno que de diésel", explica Xinyu Liu, estudiante de doctorado de la UNSW de China.

"En cuanto a emisiones y CO2, podemos lograr una reducción mayor que con otros métodos. El concepto se ha probado utilizando el motor de pequeña escala anterior. Estamos tratando de implementar esta idea a una escala mayor, que es más [aplicable] a la industria."

La versión más grande, o el "bebé número dos" de la UNSW, tiene el doble de volumen que el prototipo original y tiene el potencial de una "reducción masiva de las emisiones de CO2", según el profesor Kook.

La visión se expone en un artículo publicado en el International Journal of Hydrogen Energy.

Gran parte del impacto de la invención en el medio ambiente dependerá de la procedencia del hidrógeno.

Si bien pequeñas cantidades de hidrógeno se extraen directamente del suelo, la mayor parte del hidrógeno se fabrica en un proceso que emite CO2.

El hidrógeno verde, producido mediante el uso de electricidad procedente de energías renovables para dividir el agua en moléculas de hidrógeno y oxígeno mediante un electrolizador, se considera la respuesta. Pero la tecnología y la electricidad necesarias son costosas, por lo que por el momento sólo se produce una pequeña cantidad de hidrógeno de esta manera.

Pero es probable que los costos bajen y, con abundante sol y viento, Australia tiene un gran potencial para producir electricidad renovable, que algún día podría usarse para producir más hidrógeno verde.

El Consejo del Clima, una organización independiente, cree que el hidrógeno sostenible le da a Australia la oportunidad de poner fin a su dependencia de los combustibles fósiles.

"Australia es uno de los mayores exportadores de carbón del mundo y el mayor exportador de gas licuado", escribió el Consejo en una sesión informativa de 2021. "Ambos son combustibles fósiles contaminantes, y Australia está pagando un alto costo por ello con fenómenos climáticos extremos más severos y frecuentes, como incendios forestales, olas de calor y sequías".

Por ahora, el proyecto de la UNSW permanece en la guardería del laboratorio. El esfuerzo académico necesita el peso financiero de la inversión externa y el aporte práctico y el conocimiento de una empresa minera o un fabricante de motores.

"Nuestra visión es impactar primero las industrias minera, agrícola y de la construcción de Australia y luego trasladarnos al resto del mundo para lograr un impacto mayor", dice el profesor Kook.

Australia tiene algunas de las empresas de recursos más grandes del mundo y todas se han comprometido con objetivos agresivos de descarbonización. La tecnología es la clave.

"La idea de mezclar hidrógeno y diésel en un motor existente es una especie de Santo Grial para descarbonizar la industria pesada y la minería", añade Tim Buckley.

Tiene esta pregunta existencial para los ingenieros de la UNSW: "¿Pueden realmente implementarlo en un entorno comercial y replicarlo fuera de la universidad?"