Prezentacja innowacyjnego rozwiązania z Politechniki Krakowskiej. Naukowcy przystosowali tłokowy silnik spalinowy do zasilania wodorem

Jak podkreślają eksperci Politechniki Krakowskiej, zmiana źródeł napędzania silnika w samochodach jest nieunikniona i dokonuje się na naszych oczach. Jak wielokrotnie podkreślał prof. dr hab. inż. Marek Brzeżański, kierownik Katedry Pojazdów Samochodowych na Wydziale Mechanicznym Politechniki Krakowskiej: "wspomniane procesy muszą zachodzić drogą ewolucyjną, wymagają wielu badań i testów".

Efekt prac zespołu z Katedry zarządzanej przez prof. Brzeżańskiego, który można było zobaczyć 29 stycznia, to tak naprawdę kilkadziesiąt lat przeprowadzonych doświadczeń z zastosowaniem wodoru do tłokowych silników spalinowych. Pierwsze doświadczenia w tym zakresie rozpoczęły się w latach 80. XX wieku.

Prezentacja innowacyjnego rozwiązania rozpoczęła się od wykładu pt. „Adaptacja tłokowego silnika spalinowego do zasilania wodorem”, który poprowadził prof. Marek Brzeżański. Podczas wystąpienia zostały przedstawione założenia projektu adaptacji silnika tłokowego do potrzeb zasilania wodorem. Przedsięwzięcie zostało zrealizowane na zlecenie firmy HORUS-Energia. Po wykładzie, w laboratorium Katedry Pojazdów Samochodowych odbyła się prezentacja pracy silnika.

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 – wskazywał 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.

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 – mówił 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.

Plastik w wodzie butelkowanej