Invenção promete 60% de eficiência e zero emissões
Poderá este motor alimentar as motos do futuro? Investigadores da Universidade Otto-von-Guericke de Magdeburg, na Alemanha, afirmam ter desenvolvido um motor de combustão interna movido a hidrogénio capaz de atingir eficiências superiores a 60% – um número muito acima dos motores a gasolina modernos típicos.
Descrito como um motor de “ciclo” ou “circuito fechado” de hidrogénio, o concept também opera sem emissões e oferece um desempenho comparável ao das unidades a diesel convencionais.
Segundo a universidade, o motor de pesquisa monocilíndrico já demonstrou eficiências superiores a 60% em bancada de testes. Para contextualizar, a maioria dos motores a gasolina modernos opera com uma eficiência térmica de cerca de 30-40%, enquanto os motores de combustão interna a hidrogénio apresentam geralmente eficiências na gama dos 40-45%. Eficiência térmica quer dizer que, do combustível usado pelo motor, só uma percentagem se converte em força real, sendo o restante dispersado como calor.
Os motores de combustão de hidrogénio não devem ser confundidos com as células de combustível de hidrogénio, que podem atingir até 60% de eficiência ao converter hidrogénio em eletricidade para alimentar um motor.
Alcançar números semelhantes com um motor de combustão a hidrogénio representaria um avanço técnico significativo.
Fechando o ciclo
A equipa de Magdeburg afirma que o seu motor de ciclo de hidrogénio pode funcionar sem emissões de carbono, uma vez que a combustão do hidrogénio produz vapor de água como principal subproduto. Esta é uma afirmação importante, uma vez que muitas estratégias governamentais sobre emissões se concentram em números “na saída do escape” em vez de estimativas de produção líquida e ciclo de vida.
Os gases utilizados para a combustão são uma mistura de hidrogénio (o combustível), oxigénio (para auxiliar a reação de combustão) e árgon – um gás nobre não reativo, que permite uma reação de combustão controlada e eficiente.
Ao contrário de um motor a gasolina convencional, que aspira ar, queima-o com combustível e expele uma variedade de gases de escape nocivos, neste novo sistema a maior parte da mistura gasosa permanece no circuito.
Após cada ciclo de potência, o gás é arrefecido e reutilizado dentro do sistema – tornando o processo essencialmente livre de emissões.
Motociclistas, calma lá!
Para já, não há qualquer menção do uso desta tecnologia em motos ou mesmo carros num futuro próximo. Os investigadores estão focados em aplicações como navios, geradores, tratores, grandes máquinas de construção e colheita, e camiões de longo curso. No entanto, estas aplicações são descritas como áreas onde “os conceitos de baterias elétricas atingem frequentemente os seus limites, por exemplo, em termos de peso, autonomia, tempo de carregamento e infraestruturas de recarga”.
Soa familiar? O sistema fechado também pode ser mais barato do que um motor de combustão a hidrogénio aberto, graças à dispensa de sistemas de escape dispendiosos e à elevada eficiência do processo. Existem ainda alguns problemas a ultrapassar, como a quantidade limitada de hidrogénio que pode ser injetada durante o processo de injeção e a acumulação de dióxido de carbono dentro do circuito ao longo do tempo devido à combustão do óleo lubrificante.
Os investigadores admitem que estes fatores “afetam a eficiência e o desempenho do motor e devem ser tidos em conta em desenvolvimentos futuros”. Porque é que a eficiência é importante? Uma das principais críticas à combustão de hidrogénio em comparação com as células de combustível é a menor eficiência. Embora as células de combustível possam converter até 60% da energia do hidrogénio em eletricidade utilizável, os motores de combustão interna geralmente não atingem esta percentagem.
Se a investigação de Magdeburg conseguir fornecer consistentemente mais de 60% de eficiência num processo de combustão, poderá reduzir a diferença entre os motores de combustão interna a hidrogénio e os sistemas de células de combustível, mantendo as vantagens da arquitetura dos motores convencionais, incluindo os processos de fabrico existentes, as transmissões mecânicas e as características de pilotagem associadas aos motores de combustão interna.
Para os fabricantes de motociclos, isto pode ser significativo. Os quatro grandes fabricantes japoneses – Honda, Kawasaki, Suzuki e Yamaha – formaram a associação de investigação HySE em 2023 para desenvolver pequenos motores de mobilidade a hidrogénio, com um foco específico na combustão em vez das células de combustível.
A Kawasaki já declarou a sua intenção de lançar uma moto com motor de combustão interna movido a hidrogénio no início da década de 2030.
O desafio do armazenamento persiste
Mesmo com a melhoria da eficiência dos motores, o armazenamento de hidrogénio continua a ser um grande obstáculo para as motos. Embora o hidrogénio tenha uma elevada densidade energética por unidade de massa, requer pressões extremamente elevadas ou temperaturas criogénicas para ser armazenado em quantidades utilizáveis. Os atuais protótipos de motos da Kawasaki utilizam grandes recipientes no estilo de alforges para armazenar hidrogénio comprimido, destacando os compromissos de espaço envolvidos.
À pressão atmosférica, uma quantidade de hidrogénio equivalente em energia a um depósito de gasolina típico de 15 litros equivaleria a quase 50.000 litros de hidrogénio gasoso ou 58 litros na forma líquida.
A melhoria da eficiência do motor não elimina estes desafios físicos, mas pode reduzir a quantidade de hidrogénio necessária para atingir uma determinada autonomia. Se mais energia do combustível for convertida em propulsão utilizável, tanques mais pequenos ou pressões de armazenamento mais baixas poderão potencialmente oferecer um desempenho comparável no mundo real. Isto, por sua vez, poderia facilitar a adaptação e reduzir os custos das motos.
A estratégia da Kawasaki Heavy Industries para o hidrogénio
Paralelamente ao seu trabalho de desenvolvimento de motociclos, a Kawasaki Heavy Industries (KHI) está a investir fortemente no que descreve como uma estratégia completa de “Estrada do Hidrogénio”, que abrange a produção, liquefação, transporte, armazenamento e utilização final.
As maiores barreiras ao hidrogénio não são apenas a tecnologia veicular, mas também as infraestruturas e a acessibilidade. Produzir hidrogénio de baixo carbono em grande escala, transportá-lo em segurança e disponibilizá-lo aos consumidores nos postos de abastecimento são grandes desafios.
A KHI está a desenvolver cadeias de fornecimento de hidrogénio liquefeito em grande escala, incluindo veículos especializados concebidos para transportar hidrogénio a temperaturas criogénicas, bem como terminais de importação e instalações de armazenamento.
O hidrogénio liquefeito é muito mais denso do que o gás comprimido, permitindo que maiores quantidades sejam transportadas por navio e armazenadas de forma mais eficiente do que à pressão atmosférica. Para os motociclos, uma infraestrutura de abastecimento generalizada é crucial. Sem postos de hidrogénio acessíveis, mesmo o motor de combustão interna mais eficiente permaneceria impraticável para uma utilização diária.
Embora o motor de circuito fechado de Magdeburg se concentre em melhorar a eficiência da combustão, o investimento paralelo na produção e distribuição – como o programa de hidrogénio mais amplo da Kawasaki – seria essencial para tornar as motos movidas a hidrogénio uma opção realista para os consumidores.
O motor de investigação continua a ser um protótipo de laboratório e nenhum cronograma para aplicação em veículos foi anunciado. Mas com a HySE a continuar a desenvolver motociclos com combustão de hidrogénio e os projectos de infra-estruturas a progredirem em paralelo, o desenvolvimento de motores de combustão interna a hidrogénio está a avançar em várias frentes.
