Przystosowanie silnika tłokowego do zasilania wodorem to niełatwe zadanie, wymagające rozwiązania wielu skomplikowanych kwestii. – Należy pamiętać, że wodór ma całkowicie inne właściwości niż stosowane dotąd paliwa ciekłe i gazowe. W związku z tym należy dopasować te odmienne właściwości do wymagań silnika tłokowego. Mówimy o zagadnieniach związanych z charakterem wydzielania ciepła w procesie spalania. Trzeba wprowadzić do silnika takie zmiany, aby ciepło ze spalanego wodoru można było zamienić na pracę mechaniczną – wskazuje prof. Marek Brzeżański z Wydziału Mechanicznego PK. Złożoność zagadnienia możemy zobaczyć, gdy zestawimy gęstości energetyczne paliw, czyli ilość energii znajdującej się w określonej objętości. Parametr ten w przypadku oleju napędowego wynosi 11 kWh/l, a dla benzyny 10 kWh/l. Natomiast dla wodoru jest to około 2-3 kWh/l, a więc nie lada wyzwanie naukowe na drodze do zastosowania wodoru w motoryzacji. Rękawicę podnieśli jednak badacze z Politechniki Krakowskiej.
Tematyka związana z silnikami napędzanymi wodorem jest obecna na PK od ponad 40 lat. Krakowska uczelnia ma największe w Polsce doświadczenie w zastosowaniu wodoru do tłokowych silników spalinowych. Pierwsze działania w tym zakresie realizował zespół kierowany przez prof. Czesława Kordzińskiego w ówczesnym Instytucie Pojazdów Samochodowych i Silników Spalinowych. Naukowcy prezentowali swoje prace na forum międzynarodowym, podczas konferencji poświęconych energii wodorowej – w 1980 r. w Tokio oraz w 1984 r. w Toronto. W 1981 r. ich badania silników spalinowych zasilanych biogazem i wodorem zostały docenione nagrodą ministra szkolnictwa wyższego i techniki. Prace badaczy z PK nabrały dynamiki na początku drugiej dekady XXI w. – Wcześniejsze doświadczenia zostały sprawdzone w trakcie realizacji projektu badawczego w latach 2012-2018, w którym opracowaliśmy trzy silniki przemysłowe zasilane odpadowym wodorem z przemysłu chemicznego. W okresie pięciu lat prowadziliśmy badania eksploatacyjne tych silników – mówi prof. Marek Brzeżański. Działania w tym zakresie możliwe są m.in. dzięki współpracy z firmą HORUS-Energia Sp. z o.o. W latach 2012-2018 na Wydziale Mechanicznym PK wspólnie z HORUS-Energia realizowano projekt pn. „Wykorzystanie odpadowego wodoru do celów energetycznych” (Program Operacyjny Innowacyjna Gospodarka).
Rozwój technologii wodorowych odbywa się także poprzez współpracę uczelni z koncernami branży motoryzacyjnej. Politechnika Krakowska i Wydział Mechaniczny od wielu lat blisko kooperują z Toyotą. W 2018 r. naukowcy z PK wzięli udział w badaniach drogowych i eksploatacyjnych samochodu Toyota Mirai, wyposażonego w ogniwa paliwowe zasilane wodorem. Testy wykonano w Berlinie. Na początku 2019 r. w komorze termoklimatycznej Laboratorium Badań Technoklimatycznych i Maszyn Roboczych przeprowadzono badania eksploatacyjne samochodu Toyota Mirai I generacji. Badania eksploatacyjne samochodu Toyota Mirai II generacji przeprowadzono z kolei w 2022 r.
Od 2020 r. w Katedrze Pojazdów Samochodowych WM PK trwają prace rozwojowe wtryskowego układu zasilania wodorem tłokowych silników spalinowych oraz systemu sterowania i systemów bezpieczeństwa (rozwój elektronicznie sterowanych systemów mieszalnikowego i wtryskowego systemu zasilania silników wodorem). Wszystkie działania odbywają się w ramach projektu „Adaptacja nowoczesnego silnika o zapłonie samoczynnym do zasilania wodorem”, realizowanego ze wspomnianą wcześniej firmą HORUS-Energia. W projekcie, rozpisanym na lata 2020-2024, założono opracowanie kilku systemów – spalania wodoru, zapłonowego, zasilania z jakościowo-ilościową regulacją mocy oraz opracowanie elektronicznego sterownika i opracowanie koncepcji systemu bezpieczeństwa eksploatacji. W ub. roku przystosowano 5-cylindrowy, przemysłowy silnik Scania do zasilania wodorem. – Opracowane rozwiązania przemysłowych silników zasilanych wodorem, przeznaczonych do współpracy z generatorami prądu, są już gotowe technologicznie do wdrożeń. Zastosowanie wodoru w silnikach pojazdów samochodowych stanowi następny krok w naszych pracach – tłumaczy prof. Brzeżański. Naukowiec zaznacza, że jeżeli produkcja wodoru z odnawialnych źródeł ruszy pełną parą, to właśnie w okresie przejściowym ewolucji motoryzacyjnej można stosować wodór do tłokowych silników spalinowych. – Największą zaletą tego rozwiązania jest brak emisji toksycznych składników spalin oraz brak emisji dwutlenku węgla, który jest gazem cieplarnianym – podkreśla prof. Marek Brzeżański.
Efekty projektu realizowanego wspólnie z HORUS-Energia przedstawi w poniedziałek prof. Marek Brzeżański. Wykład, który 29 stycznia o godz. 11.30 odbędzie się na kampusie PK przy ul. Jana Pawła II 37 (sala G18, bud. G), będzie połączony z prezentacją pracy silnika (w laboratorium Katedry Pojazdów Samochodowych), w której udział weźmie rektor Politechniki prof. Andrzej Szarata, władze Wydziału Mechanicznego, a także m.in. członkowie Rady Naukowej Instytutu Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o., którzy w tym dniu goszczą na WM na II posiedzeniu rady IV kadencji. Po prezentacji opracowanego na PK silnika zasilanego wodorem, będzie możliwość dyskusji na temat istniejących problemów badawczo-rozwojowych i możliwych kierunków rozwoju aplikacji opartych na silnikach typu ICE-H2
(bk)
Na zdjęciu, prof. Marek Brzeżański / fot. Jan Zych
