Немски инженери представиха водороден двигател за тежкотоварна техника, където дизеловите агрегати все още са трудни за заместване: необходими са висока мощност, продължителни натоварвания и работа без обичайните отработени газове. Разработката на екипа от Университета „Отто фон Герике“ в Магдебург вече е показала КПД над 60% и е предназначена не за леки автомобили, а за машини и съоръжения, които работят с часове на висока натовареност.

Проектът се ръководи от професор Херман Ротенгрубер. Работата бе подкрепена от Федералното министерство на икономиката и енергетиката на Германия. Според замисъла на изследователите, двигателят с водороден цикъл може да е подходящ за техника, която се нуждае от мощност на нивото на дизела, издръжливост и стабилна работа без дълги паузи.

Основната разлика от обикновения двигател с вътрешно горене е затвореният цикъл.

В класическата схема горивото изгаря, продуктите от реакцията се изхвърлят в изпускателната система, а двигателят отново всмуква свеж въздух. В инсталацията на учените от Магдебург по-голямата част от работната газова смес остава вътре в системата: след работния ход тя се охлажда, пречиства и връща обратно.

Вътре в двигателя не работи само водород. Инженерите използват смес от водород, кислород и аргон. Водородът дава енергия, кислородът поддържа реакцията, а аргонът служи като стабилен работен газ. Аргонът принадлежи към благородните газове, почти не влиза в химични реакции и не гори при условията на работа на двигателя. Благодарение на това сместа се държи по-предсказуемо, а процесът става по-устойчив и ефективен.

Смисълът на аргона е, че той не се изразходва като гориво, а помага за пренасянето на енергия. При реакцията на водорода с кислорода се отделя топлина, газовата смес се разширява и извършва работа. След това системата отстранява отделните странични продукти, а основното работно тяло се връща в контура. Такъв подход намалява загубите и позволява да се мине без обичайния поток на отработени газове.

Екипът е тествал няколко варианта на двигател от типа Argon Power Cycle. Изчисленията също са проверени в компютърни модели, за да се сравнят различните режими на работа и да се оцени поведението на системата под натоварване.

Резултатите показаха, че инсталацията може да съчетае висока мощност с КПД над 60%.

За двигател с вътрешно горене това е много висок показател, особено ако системата може да работи стабилно в тежки режими и не изисква сложно пречистване на отработените газове. По мощност разработката се доближава до дизеловите двигатели, затова изследователите виждат основния интерес не в градските автомобили, а в тежкотоварния транспорт и промишлеността.

Към тези направления спадат камионите, селскостопанската техника, строителните машини и стационарните генератори. В тези сегменти акумулаторните решения често се сблъскват с проблемите на теглото на батериите, пробега, времето на работа и инфраструктурата за зареждане. Тежък трактор или генератор се нуждае не просто от екологична схема, а от източник на енергия, който да издържи продължително натоварване.

Ротенгрубер вижда икономически смисъл в затворения водороден цикъл. Според оценките на екипа, при реални условия на експлоатация такава система може да се окаже по-изгодна от двигателя с отворен водороден цикъл, при който продуктите на горенето се изхвърлят навън. Високият ККД и отказът от скъпи системи за пречистване на отработените газове могат с времето да компенсират по-сложната конструкция.

До готовия промишлен двигател има още дълъг път. Концепцията има ограничения по отношение на мощността: за един цикъл може да се впръска само определено количество водород, в противен случай процесът ще загуби стабилност. Освен това, вътре в затворения контур може да се натрупва въглероден диоксид, например поради изгарянето на смазочни материали. Дори малките примеси тук са важни, защото газовата смес не се изхвърля навън след всеки такт.

Тези ограничения ще трябва да се вземат предвид при по-нататъшното разработване. Инженерите трябва да разберат как да почистват работния контур, да поддържат състава на сместа в необходимите граници, да запазят КПД и да мащабират инсталацията за реална техника.

Производителите на корабни силови установки вече проявиха интерес към проекта. За морския транспорт въпросът е особено актуален: отрасълът търси климатично неутрални решения до средата на века, но големите кораби се нуждаят от мощни и надеждни двигатели, които не могат просто да бъдат заменени с батерии.