Гонка за то, чтобы дизельные двигатели работали на водороде

Это новый водородно-дизельный гибридный двигатель, ласково известный как «ребенок номер два», который может помочь обезуглерожить некоторые из самых тяжелых отраслей промышленности Австралии.

Испытательный стенд большой — у него есть собственная комната, примыкающая к лаборатории, и на первый взгляд он выглядит как многие другие большие двигатели, но под его металлической оболочкой могут скрываться технологии, меняющие правила игры.

Инженеры из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) говорят, что они успешно модифицировали обычный дизельный двигатель, чтобы использовать смесь водорода и небольшого количества дизельного топлива, утверждая, что их запатентованная технология сократила выбросы углекислого газа (CO2) более чем на 85%. .

Это работа профессора Шона Кука и его команды из Университетской школы машиностроения и машиностроения.

«Интерес к преобразованию существующего дизельного двигателя в двигатель с чистым водородом чрезвычайно высок», — сказал профессор Кук Би-би-си в своей лаборатории в Сиднее. Запросы поступили из Германии, Южной Африки, Бразилии, Японии и Китая.

«Мы монтируем систему прямого впрыска водорода в существующие дизельные двигатели, которую можно использовать с любым обычным двигателем», — добавляет он.

Что делает их систему уникальной, по словам профессора Кука, так это то, как она смешивает водород и дизельное топливо, а затем вводит его в цилиндр двигателя для сгорания.

В отличие от ископаемого топлива, водород не производит CO2 при сгорании, поэтому он уже давно считается более экологичным источником топлива.

Около 90% топлива в гибридном дизельном двигателе UNSW составляет водород, но его необходимо применять тщательно откалиброванным образом.

Если водород не будет введен в топливную смесь в нужный момент, «он создаст что-то взрывоопасное, что сожжет всю систему», объясняет профессор Кук.

Он говорит, что исследования показали, что контроль смеси водорода и воздуха внутри цилиндра двигателя может помочь свести на нет вредные выбросы оксидов азота, которые были препятствием для коммерциализации водородных двигателей.

Сиднейская исследовательская группа считает, что любые дизельные грузовики и энергетическое оборудование в горнодобывающей, транспортной и сельскохозяйственной отраслях могут быть оснащены новой гибридной системой всего за пару месяцев.

Профессор Кук сомневается, что гибрид будет представлять большой интерес в автомобильной промышленности, где электрические и гибридные автомобили уже продвинуты и заменяют дизельные автомобили.

Однако, по его словам, многомиллиардной горнодобывающей промышленности Австралии необходимо как можно скорее найти решение для всего своего дизельного оборудования.

«У нас так много установленных дизельных генераторов, мега-грузовиков и подземных машин. Как нам обезуглерожить все эти существующие дизельные двигатели? Один из способов — отключить все и внедрить новые технологии, на что уйдут десятилетия», — говорит он.

Планируется, что гибрид будет работать на водородно-дизельной смеси или, при отсутствии водорода, он может вернуться только к дизельному топливу.

Профессор Кук надеется, что его двигатель нового поколения станет коммерческим продуктом в течение двух лет.

Тим Бакли, директор Climate Energy Finance, общественного аналитического центра в Сиднее, считает, что технология может «резко преобразовать австралийскую горнодобывающую промышленность».

«В работе, которую я делаю, всегда есть элемент скептицизма, чтобы оценить, что является шумихой и надеждой, а не реальностью. Сказав это, этот прорыв Университета Нового Южного Уэльса кажется довольно существенным. Если они могут осуществить это, это огромные возможности», — говорит он.

«Я думаю, что у нас есть прорыв по сравнению с большинством других исследовательских групп в мире, где мы действительно можем достичь более высокого процента использования водорода по сравнению с дизельным топливом», — объясняет Синью Лю, аспирант UNSW из Китая.

«Что касается выбросов, CO2, мы можем добиться более высокого снижения, чем другие методы. Эта концепция была доказана с использованием предыдущего мелкосерийного двигателя. Мы пытаемся реализовать эту идею в более крупном масштабе, который более [применим] в промышленность».

По словам профессора Кука, более крупная версия, или «ребенок номер два» UNSW, в два раза больше по объему, чем исходный прототип, и имеет потенциал для «значительного сокращения выбросов CO2».

Видение изложено в статье, опубликованной в International Journal of Hydrogen Energy.

Большая часть воздействия изобретения на окружающую среду будет зависеть от того, откуда поступает водород.

В то время как небольшое количество водорода извлекается непосредственно из земли, большая часть водорода производится в процессе, при котором выделяется CO2.

Зеленый водород, получаемый за счет использования электричества из возобновляемых источников энергии для расщепления воды на молекулы водорода и кислорода с помощью электролизера, рассматривается как ответ. Но технология и электроэнергия требуют больших затрат, поэтому в настоящее время таким способом производится лишь небольшое количество водорода.

Но затраты, вероятно, снизятся, а из-за обилия солнечного света и ветра у Австралии есть большой потенциал для производства возобновляемой электроэнергии, которая однажды может быть использована для производства большего количества зеленого водорода.

Климатический совет, независимая организация, считает, что устойчивый водород дает Австралии шанс покончить с зависимостью от ископаемого топлива.

«Австралия является одним из крупнейших в мире экспортеров угля и крупнейшим экспортером сжиженного газа», — написал Совет на брифинге 2021 года. «Оба загрязняют ископаемое топливо, и Австралия платит за это высокую цену более серьезными и частыми экстремальными погодными явлениями, такими как лесные пожары, волны тепла и засуха».

Пока проект UNSW остается в питомнике в лаборатории. Академическая деятельность требует финансовых вложений извне, а также практического вклада и знаний горнодобывающей компании или производителя двигателей.

«Наше видение состоит в том, чтобы сначала повлиять на австралийскую горнодобывающую, сельскохозяйственную и строительную отрасли, а затем распространить влияние на остальной мир, чтобы оказать большее влияние», — говорит профессор Кук.

В Австралии находятся одни из крупнейших в мире компаний, занимающихся добычей полезных ископаемых, и все они взяли на себя обязательства по агрессивной декарбонизации. Технология является ключом.

«Идея смешивания водорода и дизельного топлива в существующем двигателе — это что-то вроде Святого Грааля для обезуглероживания тяжелой промышленности и горнодобывающей промышленности», — добавляет Тим ​​Бакли.

У него есть экзистенциальный вопрос к инженерам Университета Нового Южного Уэльса: «Могут ли они на самом деле развернуть его в коммерческих условиях и воспроизвести за пределами университета?»