تحويل محركات الديزل للعمل على 90 % من الهيدروجين

نجح مهندسون من جامعة نيو ساوث ويلز، في سيدني، في تحويل محرك ديزل ليعمل كمحرك هجين يعمل بالهيدروجين والديزل، مما أدى إلى تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بأكثر من 85% في هذه العملية.

أمضى الفريق، بقيادة البروفيسور شون كوك من كلية الهندسة الميكانيكية والتصنيعية، حوالي 18 شهرًا في تطوير نظام الوقود المزدوج بالحقن المباشر للهيدروجين والديزل، مما يعني أن محركات الديزل الحالية يمكن أن تعمل باستخدام 90 % من الهيدروجين كوقود.

يقول الباحثون، إن أي محرك ديزل يستخدم في الشاحنات ومعدات الطاقة في صناعات النقل والزراعة والتعدين، يمكن في النهاية تعديله إلى النظام الهجين الجديد في غضون شهرين فقط.

يعتبر الهيدروجين الأخضر ، الذي يتم إنتاجه باستخدام مصادر الطاقة المتجددة النظيفة مثل الرياح والطاقة الشمسية ، أكثر صداقة للبيئة من الديزل.

وفي ورقة بحثية نُشرت في المجلة الدولية للطاقة الهيدروجينية ، أظهر فريق البروفيسور كوك، أن استخدام نظام حقن الهيدروجين الحاصل على براءة اختراع يقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون إلى 90 جم/ كيلوواط ساعة فقط – 85.9 في المائة أقل من الكمية التي ينتجها المحرك الذي يعمل بالديزل.

يقول البروفيسور كوك، “هذه التكنولوجيا الجديدة تقلل بشكل كبير من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من محركات الديزل الحالية ، لذلك يمكن أن تلعب دورًا كبيرًا في تقليل بصمتنا الكربونية كثيرًا ، خاصة في أستراليا مع جميع مجالات التعدين والزراعة والصناعات الثقيلة الأخرى حيث يتم استخدام محركات الديزل على نطاق واسع”.

وأوضح، لقد أظهرنا أنه يمكننا أخذ محركات الديزل الحالية وتحويلها إلى محركات أنظف تحرق وقود الهيدروجين، “إن القدرة على تعديل محركات الديزل الموجودة بالفعل أسرع بكثير من انتظار تطوير أنظمة خلايا وقود جديدة تمامًا والتي قد لا تكون متاحة تجاريًا على نطاق أوسع لمدة عقد على الأقل.

وذكر ” أن مع مشكلة انبعاثات الكربون وتغير المناخ ، نحتاج إلى بعض الحلول الفورية للتعامل مع مشكلة محركات الديزل العديدة المستخدمة حاليًا.”

الحقن المباشر للهيدروجين عالي الضغط

يحافظ حل فريق جامعة نيو ساوث ويلز للمشكلة على حقن الديزل الأصلي في المحرك، لكنه يضيف حقن وقود الهيدروجين مباشرة في الأسطوانة.

وجد البحث التعاوني، الذي تم إجراؤه مع الدكتور شون تشان والبروفيسور إيفات هوكس، أن الحقن المباشر للهيدروجين الموقوت على وجه التحديد يتحكم في حالة الخليط داخل أسطوانة المحرك ، مما يحل مشكلة انبعاثات أكسيد النيتروجين الضارة التي كانت عقبة رئيسية أمام تسويق محركات الهيدروجين.

يقول البروفيسور كوك: “إذا وضعت الهيدروجين في المحرك وتركته يختلط معًا، فستحصل على الكثير من انبعاثات أكسيد النيتروجين (NO x ) ، وهو سبب مهم لتلوث الهواء والأمطار الحمضية”.

وأوضح “لكننا أظهرنا في نظامنا أنه إذا جعلته طبقيًا – أي في بعض المناطق يوجد المزيد من الهيدروجين وفي مناطق أخرى يوجد هيدروجين أقل – عندها يمكننا تقليل انبعاثات أكاسيد النيتروجين إلى أقل من تلك الخاصة بمحرك الديزل البحت.”

الأهم من ذلك ، أن نظام الوقود المزدوج الجديد للحقن المباشر للهيدروجين والديزل لا يتطلب هيدروجين عالي النقاء للغاية والذي يجب استخدامه في أنظمة خلايا وقود الهيدروجين البديلة وهو أكثر تكلفة في الإنتاج.

وبالمقارنة مع محركات الديزل الحالية، فقد ظهر تحسن في الكفاءة بأكثر من 26 في المائة في هجين الديزل والهيدروجين.

يتم تحقيق هذه الكفاءة المحسّنة من خلال التحكم المستقل في توقيت الحقن المباشر للهيدروجين، فضلاً عن توقيت حقن الديزل، مما يتيح التحكم الكامل في أوضاع الاحتراق – احتراق الهيدروجين المخلوط مسبقًا أو الذي يتم التحكم فيه عن طريق الخلط.

يأمل فريق البحث أن يكون قادرًا على تسويق النظام الجديد في غضون 12 إلى 24 شهرًا القادمة ، وهم حريصون على التشاور مع المستثمرين المحتملين.

يقولون، إن الاستخدام المحتمل الفوري للتكنولوجيا الجديدة هو في المواقع الصناعية حيث توجد بالفعل خطوط إمداد وقود الهيدروجين الدائمة، ويشمل ذلك مواقع التعدين ، حيث أظهرت الدراسات أن حوالي 3% من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري ناتجة عن استخدام محركات الديزل في عناصر مثل مركبات التعدين ومولدات الطاقة.

يقول البروفيسور كوك: “في مواقع التعدين ، حيث يتم ضخ الهيدروجين بالأنابيب، يمكننا تحويل محركات الديزل الحالية المستخدمة لتوليد الطاقة”.

وذكر “فيما يتعلق بالتطبيقات التي يحتاج فيها وقود الهيدروجين إلى التخزين والتحرك، على سبيل المثال في محرك شاحنة يعمل حاليًا بالديزل تمامًا ، فإننا نحتاج أيضًا إلى تنفيذ نظام تخزين الهيدروجين ليتم دمجه في نظام الحقن لدينا.

وقال “أعتقد أن التكنولوجيا العامة فيما يتعلق بتخزين الهيدروجين المحمول بحاجة إلى مزيد من التطوير لأن هذا يمثل تحديًا كبيرًا في الوقت الحالي.”