Utilizarea Hidrogenului la Motoarele cu Ardere Internă

CAPITOLUL 1

Hidrogenul combustibil pentru motoarele cu ardere internă

1.1. Studii asupra utilizării hidrogenului drept combustibil

În ultimii 25 de ani, s-au înregistrat numeroase progrese în materie de scădere a emisiilor poluante şi a consumului de combustibil la motoarele automobilelor. Supunându-se normelor antipoluare din ce în ce mai severe, vehiculele elimină în atmosferă, noxe din ce în ce mai puţine, comparativ cu anii trecuţi.

Cu toate acestea, problemele legate de poluarea aerului şi ale efectului de seră sunt departe de a fi rezolvate. Organizaţiile şi instituţiile internaţionale, fac presiuni în direcţia măsurilor ce privesc reducerea emisiilor, practic a realizării vehiculelor cu „zero emisii poluante” (ZEV). Pe de altă parte, combustibilii fosili sunt limitaţi, şi sunt concentraţi (cei lichizi) în zona Orientului Mijlociu, o regiune relativ instabilă politic. Resursele mondiale de ţiţei sunt estimate a răspunde necesităţilor omenirii pentru încă o perioadă de circa 40 de ani. Dacă se ţine cont de faptul că unele zone definite a fi „în tranziţie” sunt în plină dezvoltare a parcului auto (Europa de Est, China, ş.a.) se poate concluziona, că previziunea cu privire la resursele de ţiţei trebuie scăzută la 20 de ani. Printre soluţiile imaginate este cea legată de utilizarea hidrogenului, un gaz care prin ardere nu produce emisii poluante şi este foarte răspândit în natură, practic inepuizabil. Aflat în compoziţia apei oceanelor, un km cub de apă conţine 113.108 tone de hidrogen.

Hidrogenul poate fi utilizat drept combustibil în două situaţii:

1. în motoarele cu ardere internă cu piston, şi

2. în pilele de combustie.

Motoarele cu ardere internă pe bază de hidrogen cu aplicabilitate în domeniul auto sunt destinate vehiculelor de putere şi trebuie să îndeplinească câteva condiţii: să ofere un nivel echivalent de manevrabilitate şi o rază de acţiune şi de siguranţă că vehiculele cu combustibil convenţional.

Primele lucrări şi încercări legate de crearea motorului cu hidrogen, datează din anul 1820 când reverendul Wiliam Cecil profesor al Universităţii Cambridge, a prezentat în faţa Cambridge Philosophical Society într-un document intitulat "Folosirea hidrogenului la producerea de energie pentru instalatii mecanice." Motorul prezentat funcţiona pe principiul vacuumului, unde puterea este produsă cu ajutorul presiunii atmosferice, care împinge un piston în direcţia vacuumului. Vacuumul parţial este creat prin arderea unui amestec hidrogen/aer, care se destinde şi apoi este răcit. Cu toate că motorul funcţionează satisfăcător, motoarele cu vacuum nu sunt suficient de practice.

Alte cercetări semnificative aparţin germanului Nikolaus August Otto (1832- 1891), considerat inventatorul motorului cu ardere internă în patru timpi (“Otto engine”). Se presupune că a folosit un combustibil gazos sintetic având un conţinut de peste 50% hidrogen. Otto a făcut experimente şi cu benzină, dar a considerat-o periculoasă. Descoperirea carburatorului a marcat începutul folosirii sigure a benzinei, şi începutul declinului interesului pentru alţi combustibili.

Cercetările lui Otto au fost continuate şi perfecţionate de inginerul german Wilhelm Maybach (1846-1929). Un alt aspect alt preocupărilor privind folosirea hidrogenului, a fost legată de ideea de a-l folosi drept combustibil în motoarele propulsoare ale dirijabilelor.

O altă personalitate cu preocupări în combustia cu hidrogen a fost inginerul german Rudolf Erren, (“Erren engine”) care a avut cercetări finalizate cu patente înregistrate în Marea Britanie, în 1930 şi în USA, 1939, cu privire la motorul folosind hidrogenul. El anticipa că hidrogenul se va folosi pentru propulsia autovehiculelor, dar şi a submarinelor.