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Bajo la piel: ¿serán viables los motores de combustión de hidrógeno?

Bajo la piel: ¿serán viables los motores de combustión de hidrógeno?

Hasta ahora, el hidrógeno ha tenido problemas para cumplir su promesa inicial como combustible alternativo para el transporte por carretera, pero es un argumento que simplemente se niega a desaparecer.

Su uso en pilas de combustible de hidrógeno para generar electricidad libre de emisiones todavía tiene un enorme potencial, pero el impulso detrás del uso de motores de combustión interna ha disminuido. El interés permanece, sin embargo, un ejemplo es el desarrollo de Toyota de un motor de carreras de tres cilindros impulsado por hidrógeno tomado del GR Yaris y utilizado para impulsar un Corolla Sport especialmente desarrollado ingresado en las 24 Horas de Fuji.

Aunque el hidrógeno es un combustible más limpio que la gasolina o el diesel, solo está completamente libre de emisiones cuando se convierte en un sistema de celda de combustible para generar electricidad. Cuando se quema en un motor de combustión, no lo es en absoluto. Si bien no se producen hidrocarburos no quemados (HC), monóxido de carbono (CO) o CO2, sí se producen óxidos de nitrógeno (NOx). El aire es un 78% de nitrógeno y en la combustión se oxida para producir NOx tóxicos, pero cuánto depende de qué tan calientes se pongan las cosas en la cámara de combustión, y aquí es donde los motores de hidrógeno pueden tener una ventaja.

El hidrógeno es mucho menos exigente que la gasolina o el diésel, y se mezcla y quema de manera completa y eficiente en una gama mucho más amplia de relaciones aire-combustible. Como resultado, un motor de hidrógeno puede funcionar de manera muy pobre (más aire, menos combustible) y aún producir niveles de NOx de “apagado del motor” mucho más bajos que la gasolina o el diesel. Las emisiones de escape se pueden reducir a niveles mínimos utilizando la tecnología de emisiones de escape existente.

Estos datos interesantes dependen de varias cosas. Aunque el hidrógeno transporta una gran cantidad de energía por peso, es mucho menos denso que los combustibles líquidos, por lo tanto, los motores de inyección de puerto, donde el combustible se inyecta en el colector de admisión y se mezcla con el aire fuera de los cilindros, producen una potencia significativamente menor en hidrógeno que con la gasolina. La inyección directa mejora las cosas y, en combinación con el turbocompresor de geometría variable, hace que los motores de combustión propulsados ​​por hidrógeno sean más viables.

Sin embargo, todavía hay un compromiso. Los modernos motores de hidrógeno con turbocompresor de inyección directa pueden producir más potencia que un motor de gasolina equivalente al aumentar la proporción de hidrógeno en la mezcla de aire y combustible, pero los niveles de NOx aumentan. De lo contrario, los motores de hidrógeno son esencialmente motores de gasolina modificados que, en forma de producción, tendrían algunos componentes más robustos y sistemas de inyección directa de hidrógeno. El hidrógeno se puede almacenar en los mismos tanques de gas comprimido de 700 bar de eficacia probada que se utilizan en los vehículos de pila de combustible.

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