เครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจน 5 เครื่องพร้อมที่จะทำลายแม่พิมพ์

การเผาไหม้ด้วยไฮโดรเจนได้กลายเป็นหนึ่งในทางเลือกของเชื้อเพลิงที่มีแนวโน้มมากที่สุดซึ่งให้คุณค่าต่อสิ่งแวดล้อมและประสิทธิภาพที่สำคัญ ในระดับการออกแบบ เครื่องยนต์เหล่านี้มีอายุย้อนกลับไปกว่าสี่ทศวรรษ

ในปี 1970 นักประดิษฐ์ Paul Dieges ได้จดสิทธิบัตรการดัดแปลงดังกล่าว ช่วยให้เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้ก๊าซธรรมชาติทำงานโดยใช้ไฮโดรเจน- ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา เทคโนโลยีนี้ได้ก้าวหน้าไปอย่างมากในด้านความสามารถในการขับเคลื่อนยานพาหนะ รถยนต์ และรถโดยสาร มีศักยภาพมากจนเครื่องบินพาณิชย์ในอนาคตอาจใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงหลักด้วย

ในเครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจน ไฮโดรเจนที่เป็นของเหลวหรือก๊าซจะเผาไหม้ในเครื่องยนต์กังหันก๊าซที่ได้รับการดัดแปลงเพื่อสร้างแรงขับ กระบวนการนี้สะท้อนให้เห็นถึงการเผาไหม้ภายในแบบดั้งเดิม แต่มีไฮโดรเจนเข้ามาแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิล

ด้วยการใช้งานและความสำคัญที่เพิ่มมากขึ้น ทำให้มีการคาดเดากันมากมายว่า HCE รุ่นใดมีอนาคตที่น่าตื่นเต้นที่สุด ในส่วนต่อไปนี้ เราจะดูเครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจนห้าเครื่องที่พร้อมจะทำลายแม่พิมพ์ทั้งหมด

เครื่องยนต์ไฮโดรเจน 15 ลิตรของคัมมินส์

แพลตฟอร์มเครื่องยนต์ 15 ลิตรของคัมมินส์ที่เราพูดถึงนั้น คำนึงถึงเรื่องเชื้อเพลิงเป็นหลัก เข้ากันได้กับไฮโดรเจน ก๊าซธรรมชาติ และดีเซล แต่เมื่อใช้กับไฮโดรเจน มันสามารถทำลายแม่พิมพ์ได้อย่างแท้จริงโดยกลายเป็นรุ่นที่ดีที่สุดของช่วงขีดความสามารถของเชื้อเพลิงคาร์บอนต่ำถึงศูนย์ และเร่งการลดคาร์บอนของการใช้งานนอกทางหลวงที่ใช้งานหนักให้มีประสิทธิภาพสูงสุด 

ขณะพูดถึงความพิเศษของมัน Antonio Leitao รองประธานฝ่ายธุรกิจเครื่องยนต์นอกทางหลวงระดับโลกของ Cummins ได้กล่าวไว้ดังนี้:

“แพลตฟอร์มใหม่ทั้งหมดของ Cummins ยกระดับการเผาไหม้ภายในไปสู่ระดับใหม่ โดยสามารถตอบสนองมาตรฐานการปล่อยก๊าซที่ต่ำมากในอนาคต เช่น EPA Tier 5 และ EU Stage 6 พร้อมกับความสามารถในการใช้เชื้อเพลิงคาร์บอนต่ำถึงศูนย์เพื่อช่วยในการก่อสร้าง และเหมืองหินบนเส้นทางที่มีต้นทุนต่ำกว่าไปสู่การลดคาร์บอน ขนาด 15 ลิตรมีความหนาแน่นของพลังงานเพิ่มขึ้นอย่างมาก โดยมีขอบเขตการติดตั้งที่กะทัดรัดมากขึ้น ช่วยให้ผู้ผลิตอุปกรณ์สามารถทำงานได้มากขึ้นกับเครื่องจักรของตน”

ถ้าเราคุยกันเรื่อง กรณีเฉพาะของเครื่องยนต์ไฮโดรเจนมาพร้อมกับการเผาไหม้แบบฉีดโดยตรงและเผาไหม้แบบลีนด้วยกำลัง 400 ถึง 530 แรงม้า (298-395 กิโลวัตต์) และแรงบิดสูงสุด 2600 นิวตันเมตร โดยใช้พลังงานจากไฮโดรเจนสีเขียวที่มีคาร์บอนเป็นศูนย์ จึงสามารถใช้ระบบกักเก็บเชื้อเพลิงความจุสูงแรงดัน 700 บาร์ เพื่อชั่วโมงการทำงานสูงสุดระหว่างการเติมเชื้อเพลิง 

คาดว่าเวอร์ชันนี้จะผลิตเต็มกำลังภายในปี 2027 บริษัทจะผลิตเครื่องยนต์เหล่านี้ขนาด 15 ลิตร และ 6.7 ลิตร การเคลื่อนย้าย. 

เครื่องยนต์ได้รับการตรวจสอบจากผู้มีส่วนได้ส่วนเสียในอุตสาหกรรมตั้งแต่วันแรกๆ ในเดือนมกราคม 2022 Werner Enterprises (Nasdaq: WERN) ผู้ให้บริการขนส่งและโลจิสติกส์ชั้นนำ ตัดสินใจเริ่มตรวจสอบและบูรณาการ เครื่องยนต์สันดาปภายในไฮโดรเจนขนาด 15 ลิตรของคัมมินส์ในรถยนต์

คัมมินส์รายงานผลประกอบการไตรมาสที่สี่และทั้งปี 2023 ในวันที่ 6 กุมภาพันธ์ 2024 รายได้ของไตรมาสที่สี่ปี 2023 อยู่ที่ 8.5 พันล้านดอลลาร์ เพิ่มขึ้น 10% จากไตรมาสเดียวกันในปี 2022 ในขณะที่รายรับทั้งปี 2023 อยู่ที่ 34.1 พันล้านดอลลาร์ ซึ่งสูงกว่าปี 21 2022%

เครื่องยนต์ไฮโดรเจน 5.0% V8 100 ลิตรของ Yamaha สำหรับโตโยต้า

บริษัท โตโยต้า มอเตอร์ คอร์ปอเรชั่น มอบหมายให้ ยามาฮ่า มอเตอร์ พัฒนา เครื่องยนต์ไฮโดรเจนแห่งอนาคต- บริษัททั้งห้า ได้แก่ Kawasaki Heavy Industries, Subaru Corporation, Toyota Motor Corporation, Mazda Motor Corporation และ Yamaha Motor ตัดสินใจที่จะดำเนินการวิจัยร่วมกันในการสำรวจและขยายตัวเลือกเชื้อเพลิงที่หลากหลายสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในที่เหมาะกับความเป็นกลางของคาร์บอน

ในขณะที่พูดถึงการพัฒนา Yoshihiro Hidaka ประธาน Yamaha Motor กล่าวว่า:

“เครื่องยนต์ไฮโดรเจนมีศักยภาพที่จะเป็นกลางทางคาร์บอน ในขณะเดียวกันก็รักษาความหลงใหลในเครื่องยนต์สันดาปภายในของเราให้คงอยู่ไปพร้อมๆ กัน การร่วมมือกับบริษัทที่มีวัฒนธรรมองค์กรและความเชี่ยวชาญที่แตกต่างกัน รวมถึงการเพิ่มจำนวนพันธมิตรที่เรามี เป็นวิธีที่เราต้องการเป็นผู้นำไปสู่อนาคต”

ในงานเปิดตัวเครื่องยนต์ 5.0 ลิตร V8 ดูเหมือนจะมีพื้นฐานมาจากเครื่องยนต์ 5.0 ลิตรใน เลกซัส อาร์ซี เอฟ สปอร์ตคูเป้หรู, ดัดแปลงเป็นหัวฉีด, ฝาสูบ, ท่อร่วมไอดี และอื่นๆ เครื่องยนต์สามารถส่งกำลังได้สูงสุด 450 แรงม้าที่ 6,800 รอบต่อนาที และแรงบิดสูงสุด 540 นิวตันเมตรที่ 3,600 รอบต่อนาที ประสิทธิภาพสูง 5.0 ลิตร 90 องศา V8 DOHC 32 วาล์ว เครื่องยนต์ถูกดัดแปลงโดย Yamaha ให้ใช้ไฮโดรเจน 

ตามรายงานประจำปีปี 2023 Yamaha บันทึกรายได้รวมทั่วทั้งกลุ่มที่ 451.4 พันล้านเยน โดยมีกำไรจากการดำเนินงานหลัก 45.9 พันล้านเยน 

เครื่องยนต์สำหรับ BMW iX5 Hydrogen 

BMW ทดสอบรถยนต์แห่งอนาคตมาตั้งแต่ปี 2023 ตั้งแต่อุณหภูมิที่สูงถึง 45°C ไปจนถึงทราย ฝุ่น ความลาดเอียงต่างๆ และระดับความชื้นที่ผันผวน บริษัทได้ทำการทดสอบทั้งหมดแล้ว บริษัทยังพบว่าเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเหมาะสำหรับการใช้งานในชีวิตประจำวันในอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ถึงขีดสุด 

ในส่วนของรายละเอียดเฉพาะนั้น ระบบเซลล์เชื้อเพลิงของ BMW iX5 Hydrogen ให้กำลังสูงถึง 125 กิโลวัตต์/170 แรงม้าอย่างต่อเนื่อง 

บริษัท โตโยต้า มอเตอร์ คอร์ปอเรชั่น ได้รับมอบหมายให้ผลิตเซลล์แต่ละเซลล์ให้กับ BMW Group โรงงาน BMW Group ที่เมืองแลนด์ชัตผลิตปลอกสำหรับปล่องซึ่งมาเป็นอันดับสองในกระบวนการผลิตสองขั้นตอน ขั้นตอนแรกเกี่ยวข้องกับการซ้อนเซลล์และประกอบส่วนประกอบอื่นๆ ให้เหมาะสม 

เซลล์เชื้อเพลิงที่ให้สมรรถนะ 125 กิโลวัตต์/170 แรงม้า เป็นการผสมผสานนวัตกรรมที่มาจากเทคโนโลยี BMW eDrive Gen-5 ของ BMW Group และแบตเตอรี่ที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษ เมื่อรวมกัน การตั้งค่านี้สามารถให้กำลังสูงสุด 285 กิโลวัตต์/401 แรงม้า 

BMW Group ยังรับผิดชอบในการพัฒนาส่วนประกอบไฮโดรเจนโดยเฉพาะ รวมถึงคอมเพรสเซอร์ความละเอียดสูงพร้อมกังหันและปั๊มน้ำหล่อเย็นแรงดันสูง กลไกภายในของเซลล์เชื้อเพลิงกระตุ้นให้ไฮโดรเจนจากถังทำปฏิกิริยากับออกซิเจนจากบรรยากาศเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับมอเตอร์ ถังสองถังที่อยู่ใน BMW iX5 Hydrogen สามารถบรรจุก๊าซได้รวม 6 กก. และเสริมกำลังให้กับระบบด้วยระยะทางของยานพาหนะ 504 กม. ในรอบ WLTP 

กลุ่มบีเอ็มดับเบิลยูยังถือว่าเครื่องยนต์ iX5 เป็นอนาคตของการเติมเชื้อเพลิง เนื่องจากการเติมไฮโดรเจนทำได้เร็วกว่าการชาร์จแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า 

การเชื่อมโยงของ BMW กับไฮโดรเจนเป็นแบบองค์รวม กลุ่มโลจิสติกส์ในโรงงานของบริษัทได้ใช้ก๊าซดังกล่าวมาตั้งแต่ปี 2013 และยังเป็นบริษัทที่สร้างสถานีไฮโดรเจนในร่มแห่งแรกของเยอรมนีที่โรงงานไลพ์ซิก PaintShop ที่โรงงานไลพ์ซิกมีส่วนร่วมในการนำร่องการใช้ไฮโดรเจนในการผลิตรถยนต์ด้วยเช่นกัน

ใน 2023, บีเอ็มดับเบิลยู กรุ๊ป รายงานรายได้ประจำปีของ ประมาณ 155.5 พันล้านยูโร เพิ่มขึ้น 9% จากตัวเลขเกือบ 2022 ล้านยูโรในปี 143 

เครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจนของวอลโว่พร้อมเทคโนโลยีการฉีดตรงแรงดันสูง (HPDI)

โดยรถบรรทุกวอลโว่จะมาพร้อมกับก เครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจน จะมีเทคโนโลยีการฉีดแรงดันสูงโดยตรง (HPDI) ซึ่งหมายความว่าเชื้อเพลิงจุดระเบิดจำนวนเล็กน้อยที่ฉีดด้วยแรงดันสูงสามารถทำให้เกิดการจุดระเบิดด้วยการอัดได้ก่อนไฮโดรเจน ถูกเพิ่ม- ข้อดีอย่างหนึ่งของเทคโนโลยีนี้คือสามารถรักษาประสิทธิภาพการใช้พลังงานในระดับสูงโดยสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อยลง จึงทำให้มั่นใจได้ว่ากำลังของเครื่องยนต์ ไม่ถูกบุกรุก ในกระบวนการ 

Volvo Group ได้ลงนามข้อตกลงกับ Westport Fuel Systems เพื่อจัดตั้งบริษัทร่วมทุนที่ใช้เทคโนโลยี HPDI ซึ่ง คาดว่า จะเริ่มดำเนินการได้ในไตรมาสที่สองของปี 2024 

ในขณะที่อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับกลยุทธ์ของ Volvo ที่ใช้เครื่องยนต์ไฮโดรเจน Jan Hjelmgren หัวหน้าฝ่ายการจัดการผลิตภัณฑ์และคุณภาพที่ Volvo Trucks กล่าวดังนี้  

“รถบรรทุกซึ่งยังคงใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบดั้งเดิมแต่ใช้ไฮโดรเจน จะมีสมรรถนะและความน่าเชื่อถือเช่นเดียวกับรถบรรทุกดีเซลของเรา แต่มีประโยชน์เพิ่มเติมคือการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สุทธิเป็นศูนย์เมื่อนำออกสู่ล้อ สิ่งเหล่านี้จะเป็นส่วนเสริมที่มีคุณค่าสำหรับรถบรรทุกไฟฟ้าแบตเตอรี่ของเราซึ่งออกสู่ตลาดมาหลายปีแล้ว”

การทดสอบของลูกค้ากับรถบรรทุกวอลโว่ที่ใช้ไฮโดรเจนในเครื่องยนต์สันดาปจะเริ่มในปี 2026 และรถบรรทุกจะพร้อมจำหน่ายเชิงพาณิชย์ในช่วงปลายทศวรรษนี้ 

เทคโนโลยี HPDI เป็นส่วนเสริมที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง ถึงระบบขนส่งของเราจะทำงานอย่างไรในอนาคต โดยจะจัดการกับความท้าทายในการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านกฎระเบียบของ Euro 7 และ US EPA สำหรับผู้ผลิตรถบรรทุกและอุปกรณ์ออฟโรดทั่วโลก 

หัวฉีดที่มีการออกแบบเข็มสองจุดสามารถลดขนาดลงได้ 97% ของการปล่อย CO2- ด้วยเหตุนี้รถบรรทุกที่ทำงานโดยใช้เทคโนโลยีนี้จึงจัดอยู่ในประเภท "ยานพาหนะที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์" ภายใต้มาตรฐานการปล่อยก๊าซ CO2 ใหม่ของสหภาพยุโรปที่ตกลงร่วมกัน เครื่องยนต์จะผลิตไนโตรเจนออกไซด์และอนุภาคจำนวนน้อยมากด้วย 

ในปี 2023 วอลโว่ กรุ๊ป ยอดขายสุทธิที่ปรับตามสกุลเงิน เพิ่มขึ้น 11% เป็น 552.8 พันล้านโครนสวีเดน และรายได้จากการดำเนินงานที่ปรับปรุงแล้วเพิ่มขึ้นเป็น 77.6 พันล้านโครนสวีเดน

คลิกที่นี่เพื่อเรียนรู้ว่าอะไรทำให้ไฮโดรเจนน่าสนใจยิ่งขึ้นในฐานะแหล่งพลังงานเมื่อเร็วๆ นี้

เครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจนที่พัฒนาขึ้นโดยความร่วมมือระหว่าง Kia และ Hyundai

ในการเคลื่อนไหวล่าสุดที่สามารถพิสูจน์ได้ว่าเป็นผู้บุกเบิก Kia และ Hyundai สองยักษ์ใหญ่ด้านยานยนต์ของเกาหลีได้ร่วมมือกันออกแบบเครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจน เครื่องยนต์อาจพร้อมใช้งานสำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคลภายในปี 2025 

รายงานแนะนำว่าเครื่องยนต์นี้สามารถ ที่อาจเกิดขึ้น แก้ ทุกปัญหาด้านความทนทานและความมีชีวิตขนาดใหญ่ที่เครื่องยนต์ไฮโดรเจนต้องเผชิญมาจนถึงปัจจุบัน รถต้นแบบเป็นเครื่องยนต์ไฮโดรเจนขนาด 180 ลิตร กำลัง 200-2 แรงม้า ที่มีแรงบิดและเส้นโค้งกำลังเทียบได้กับขนาดเครื่องยนต์เบนซินที่เทียบเท่ากัน ข้อดีก็คือเครื่องยนต์ไฮโดรเจนทำงานได้ดีกว่ามากในเรื่องอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง เครื่องยนต์สามารถรักษาประสิทธิภาพเชิงความร้อนได้สูงตลอดการทำงานโดยการเติมไฮโดรเจนเข้าไปในห้องเผาไหม้ที่ความดัน 30 บาร์

เพื่อเพิ่มการผลิตเครื่องยนต์ Hyundai และ Kia ก็มีเช่นกัน หลงหุ้นส่วน กับพ่อค้าสองสามคน ตัวอย่างเช่น ได้ลงนามบันทึกความเข้าใจกับ Next Hydrogen Corporation ซึ่งเป็นบริษัทของแคนาดาที่เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า การพัฒนาระบบอิเล็กโทรไลซิสในน้ำอัลคาไลน์จะช่วยเพิ่มความสามารถในการแข่งขันด้านราคาของไฮโดรเจนที่สะอาดสำหรับฮุนไดและเกีย

บริษัทยังได้ลงนามในข้อตกลง ร่วมกับ WL Gore & Associates (Gore) เพื่อร่วมกันพัฒนาเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์โพลีเมอร์ขั้นสูง (PEM) สำหรับระบบเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน PEM ช่วยให้การถ่ายโอนโปรตอนระหว่างอิเล็กโทรดในเซลล์เชื้อเพลิงสะดวกขึ้น เนื่องจาก PEM สกัดกั้นการรวมกันโดยตรงของไฮโดรเจนและออกซิเจนที่เข้ามา การนำโปรตอนแบบเลือกสรรจะเกิดขึ้น และในทางกลับกัน กระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นเพื่อใช้ขับเคลื่อนยานพาหนะ

Chang Hwan Kim หัวหน้าฝ่ายพัฒนาแบตเตอรี่และไฮโดรเจนและการพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงของ Hyundai Motor Company และ Kia Corporation กล่าว:

“เรากำลังเข้าสู่บทต่อไปของการเป็นหุ้นส่วนกับ Gore ด้วยการใช้ประโยชน์จากความร่วมมือตลอด 15 ปี เราจะได้เทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงขั้นสูง และเป็นผู้นำตลาดรถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง เพื่อเร่งขับเคลื่อนไปสู่อนาคตที่ยั่งยืน”

สำหรับปีงบประมาณ 2023ฮุนไดมีรายได้ต่อปี 162,664 พันล้านวอน เพิ่มขึ้นมากกว่า 14% จากรายได้ 2022 พันล้านวอนในปี 142,152 ในปี 2023 Kia ได้จดทะเบียนรายได้ 99,808,420 ล้านวอน

อนาคตของเครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจนดูสดใสกว่าที่เคย

ตั้งแต่รถยนต์โดยสารไปจนถึงรถบรรทุก ผู้ผลิตรถยนต์ชั้นนำระดับโลกทุกรายลงทุนทรัพยากรและการวิจัยมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อทำให้เครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจนเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับอนาคตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและเป็นกลาง 

นอกเหนือจากการมอบสภาพแวดล้อมที่สะอาดให้กับเราแล้ว เครื่องยนต์เหล่านี้ยังเหนือกว่าในด้านอื่นๆ อีกมากมาย ตัวอย่างเช่น พวกเขาไม่จำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่ที่มีน้ำหนักมาก ซึ่งเป็นคุณสมบัติทั่วไปของรถยนต์ไฟฟ้า หน่วยแปลงพลังงานไฮโดรเจนเป็นไฟฟ้ามีขนาดกะทัดรัดและเบากว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีระบบส่งกำลังที่มีระยะใกล้เคียงกัน ใช้เวลาเพียงเท่านั้น 3 ถึง 5 นาที สำหรับเครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจนที่จะเติมเชื้อเพลิง และความหนาแน่นของพลังงานนั้นสูงกว่าแบตเตอรี่อย่างน้อย 3 เท่า ในขณะที่ระหว่างการเติมหนึ่งครั้ง ก็สามารถไปได้นานกว่า EV ส่วนใหญ่ถึง 2-3 เท่า

ที่นี่ เรามีโอกาสดูเครื่องยนต์หลักๆ เกือบทั้งหมดในหมวดหมู่ที่กำหนดเพื่อทำลายแบบเดิมๆ อนาคต อาจจะสบายดี ที่คาดหวัง ให้เต็มเปี่ยมไปด้วยนวัตกรรมล้ำสมัยดังกล่าวมากยิ่งขึ้น

คลิกที่นี่เพื่อเรียนรู้ว่าเหตุใดไฮโดรเจนจึงยังคงเป็นเชื้อเพลิงสำหรับอนาคต