De innovatie van de waterstofverbrandingsmotor
Er wordt voorspeld dat duurzaam geproduceerde waterstof over tien jaar breed toegankelijk zal zijn. Dit biedt spannende nieuwe mogelijkheden voor de toekomst van de verbrandingsmotor. NPS Driven is volledig toegewijd aan het energiesysteem van de 21e eeuw, waarin waterstof een belangrijke rol zal spelen
Door waterstof te gebruiken als brandstof binnen een bekend bouwkundig concept, wordt een duurzame toepassing gecreëerd voor klanten die momenteel verbrandingsmotoren gebruiken. De overgang naar waterstofverbrandingsmotoren is een snel toegankelijke optie die minimaal extra training en aanpassingen vereist. Als onderdeel van een gesubsidieerde initiatief door de overheid, leidt NPS Driven het werkpakket van het GTD-H-project, dat het doel heeft een traditionele verbrandingsmotor geschikt te maken voor waterstofverbranding.
De motoren zullen tussen 2025 en 2030 gangbaar worden.
LPG en CNG als basis voor waterstof
NPS Driven, Lumipol en TNO werken al geruime tijd samen om de uitstoot van uitlaatgassen te verminderen. In een andere rol hebben medewerkers van NPS Driven bijgedragen aan het gebruik van LPG en CNG als brandstof voor dieselmotoren. Dit succesvolle project heeft niet alleen meer inzichten opgeleverd, maar ook verschillende patenten die nu een succesvolle ontwikkeling van een waterstofverbrandingsmotor waarborgen. Experimenten met waterstofinjectie, die destijds werden uitgevoerd, leverden spannende resultaten op. De urgentie om waterstof te gebruiken ontbrak echter nog, en de beschikbaarheid van deze brandstof was onzeker. De ervaringen en inzichten van die tijd hebben NPS Driven een voorsprong gegeven bij het werken aan een zware waterstofverbrandingsmotor. Deze waterstofmotor kan de uitstoot tot zeer lage niveaus reduceren
Omzetten van een dieselmotor naar een waterstofmotor
Het creëren van een optimale waterstofverbranding vereist enkele innovatieve aanpassingen. Diesel-injectie- en injectortechnologie, die door een hoge druk in de verbrandingskamer compressie creëert, zijn bekend bij automobilisten en monteurs. In de gemodificeerde motor werken de kleppen zoals gewoonlijk om lucht binnen te laten door te openen en te sluiten. Echter, na de brandstoftoevoer is er een vonk nodig om de verbranding te starten.
SparkMap:
Figure 1:
Het ontstekings kenveld van een waterstofverbrandingsmotor. Dit kenveld bepaalt de krukaspositie waarop het waterstof/luchtmengsel ontstoken wordt. De positie is afhankelijk van het motortoerental en de brandstofstroom.
Waterstof moet in gasvorm nauwkeurig worden toegediend om in een motor te verbranden. Computertechnologie is essentieel voor de vereiste precisie. Dit is al gerealiseerd bij aardgas (CNG), en waterstof is de logische kandidaat voor de volgende stap. Technisch gezien is de overgang van CNG naar waterstof echter niet eenvoudig, omdat de twee brandstoffen verschillende verbrandingseigenschappen hebben en elk hun eigen uitdagingen met zich meebrengen.
InjDurationCyl1
Figure 2:
De injectieduur van een waterstofverbrandingsmotor tijdens drie tijdelijke belastingstappen. Door de lage dichtheid van waterstof moet een groter brandstofvolume worden geïnjecteerd, wat een langere injectieduur vereist.
Het geschikt maken van een dieselmotor voor waterstof vereist ook een verlaagd compressieverhouding in de verbrandingskamer. Hiervoor hebben we de zuigers opnieuw ontworpen en geoptimaliseerd voor waterstofverbranding.
Om efficiënte verbranding mogelijk te maken, hebben we de kleppendeksel aangepast en ontstekingsspoelen en een brandstofrail toegevoegd. Het eindproduct zal een kant-en-klaar conversiesysteem zijn.
Waterstof heeft brede ontstekingsgrenzen, wat betekent dat de motor zeer arm of zeer rijk kan draaien. Dit brede ontstekingsvenster maakt vermogensregeling mogelijk door de hoeveelheid geïnjecteerde brandstof – vergelijkbaar met diesel.
De hoge diffusiesnelheid van waterstof zorgt ervoor dat het zich sneller in de lucht verspreidt dan benzine of diesel. Dit leidt tot een homogenere menging van brandstof en lucht. De hoge vlamfrontsnelheid stelt waterstofmotoren in staat dichter bij de thermodynamisch ideale motorcyclus te komen en dus efficiënter te draaien.
Ook vanwege de hoge diffusiesnelheid is het veilig in gebruik, omdat het bij een waterstoflek snel verdampt.
Lambda_AF:
Figure 3:
De lucht-brandstofverhouding van een waterstofverbrandingsmotor tijdens twee tijdelijke belastingstappen. De stoichiometrische lucht-brandstofverhouding is 34. Door de brede ontstekingsgrenzen (4% – 74%) is het mogelijk om de motor zeer arm of zeer rijk te laten draaien.
Introductie van de H2-motor in 2025
De eerste waterstofverbrandingsmotoren draaien al in het laboratorium en de eerste veldtest zal begin 2025 plaatsvinden. NPS Driven verwacht dat ze eind 2025 op de markt zullen komen als vervanging voor dieselmotoren in generatoren. Deze toepassing is snel realiseerbaar, omdat generatoren in een beperkt spectrum bij een constant motortoerental werken.
NPS Driven en TNO testen motoren met pure waterstof, hoewel de motor ook geschikt is voor minder zuivere waterstof. Dit is een belangrijk voordeel ten opzichte van brandstofceltechnologie, waar een hoge zuiverheid vereist is.
De brandstoftoevoer vereist wat extra inspanning, omdat het veel complexer is om voldoende waterstof naar de werkplek te brengen dan een traditionele dieseltank. NPS Driven werkt samen met partners om deze taak zo eenvoudig mogelijk te maken voor onze klanten.
Deze innovaties staan wereldwijd in de schijnwerpers, en NPS Driven is vastbesloten om stevig voorop te blijven lopen.
Meer weten over de waterstof motor? Klik hier om de flyer te lezen.
H2 ICE is geen project. Het is een missie
“We lenen de aarde van onze kinderen, dus het is onze taak om oplossingen te bedenken voor duurzaamheidsvraagstukken”, zegt Peter van der Heijden. “NPS Driven staat bekend om de distributie van dieselmotoren en het ontwikkelen en bouwen van emissiereducerende katalysatoren. Samen met collega's van TNO en DAF en onze eigen H2-specialisten werken we aan de realisatie van een schoon alternatief voor de traditionele verbrandingsmotor.”
Renewable fuels contact
Neem contact op met een van onze kantoren of vul ons contactformulier in.
