Wszyscy doskonale zdajemy sobie sprawię, że zmiana źródeł napędzania silnika w samochodach jest nieunikniona i dokonuje się na naszych oczach. Jednak, 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. Zespół z Katedry zarządzanej przez prof. Brzeżańskiego już od lat 80. XX w. przeprowadza doświadczenia z zastosowaniem wodoru do tłokowych silników spalinowych. Politechnika Krakowska znajduje się wśród prekursorów rozwiązań w tym obszarze. Już w najbliższy poniedziałek, 29 stycznia o godz. 11.30 na kampusie PK przy ul. Jana Pawła II 37 (sala G18, bud. G) odbędzie się wykład otwarty pt. „Adaptacja tłokowego silnika spalinowego do zasilania wodorem”, który poprowadzi prof. Marek Brzeżański. Podczas wystąpienia zostaną 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 odbędzie 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 – wskazuje 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. Rękawicę podnieśli jednak badacze z Politechniki Krakowskiej.
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 – mówi 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. W projekcie, rozpisanym na lata 2020-2024, założono opracowanie kilku systemów – spalania wodoru, zapłonowego, zasilania z jakościowo-ilościową regulacją mocy oraz opracowanie elektronicznego sterownika i opracowanie koncepcji systemu bezpieczeństwa eksploatacji. W ub. roku przystosowano 5-cylindrowy, przemysłowy silnik Scania do zasilania wodorem. – Opracowane rozwiązania przemysłowych silników zasilanych wodorem, przeznaczonych do współpracy z generatorami prądu, są już gotowe technologicznie do wdrożeń. Zastosowanie wodoru w silnikach pojazdów samochodowych stanowi następny krok w naszych pracach – tłumaczy prof. Brzeżański. Naukowiec zaznacza, że jeżeli produkcja wodoru z odnawialnych źródeł ruszy pełną parą, to właśnie w okresie przejściowym ewolucji motoryzacyjnej można stosować wodór do tłokowych silników spalinowych. – Największą zaletą tego rozwiązania jest brak emisji toksycznych składników spalin oraz brak emisji dwutlenku węgla, który jest gazem cieplarnianym – podkreśla prof. Marek Brzeżański.
Efekty projektu realizowanego wspólnie z HORUS-Energia przedstawi w poniedziałek prof. Marek Brzeżański. Wykład, który 29 stycznia o godz. 11.30 odbędzie się na kampusie PK przy ul. Jana Pawła II 37 (sala G18, bud. G), będzie połączony z prezentacją pracy silnika (w laboratorium Katedry Pojazdów Samochodowych), w której udział weźmie rektor Politechniki prof. Andrzej Szarata, władze Wydziału Mechanicznego, a także m.in. członkowie Rady Naukowej Instytutu Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o., którzy w tym dniu goszczą na WM na II posiedzeniu rady IV kadencji. Po prezentacji opracowanego na PK silnika zasilanego wodorem, będzie możliwość dyskusji na temat istniejących problemów badawczo-rozwojowych i możliwych kierunków rozwoju aplikacji opartych na silnikach typu ICE-H2.
(bk)
Na zdjęciu, prof. Marek Brzeżański / fot. Jan Zych