O hidrogênio é o futuro dos equipamentos de construção?

Luigi Arnone, diretor de engenharia de motores a diesel da Kohler, discute o desenvolvimento de motores a diesel e a posição do hidrogênio no futuro do projeto de motores fora de estrada

Por quanto tempo a Kohler espera que as máquinas a diesel estejam no centro dos projetos de construção?

Os motores a diesel desempenharão um papel fundamental na indústria da construção por muito tempo. De modo mais geral, a indústria continuará a precisar de motores de combustão interna para aplicações com alta demanda de potência mecânica e energia.

Acreditamos que o futuro não terá uma única direção, mas sim uma ampla gama de soluções capazes de atender a todos os requisitos de uma ampla variedade de máquinas: motores de combustão interna, unidades híbridas (térmico-elétricas) e totalmente elétricas as unidades de energia coexistirão juntas.

O novo motor KSD 1403 da Kohler. (Foto: Kohler)

A adoção de uma ou outra tecnologia já depende de múltiplos fatores, da máquina e seu ciclo de trabalho, do mercado, do ambiente em que a máquina irá trabalhar e de seus requisitos.

Olhando para máquinas de construção, hoje encontramos um aumento de máquinas equipadas com unidades de energia elétrica na faixa de tamanho pequeno. Esta é uma tendência óbvia.

No caso de máquinas com demanda limitada de energia, alcance limitado e que trabalham em ambientes urbanos onde há disponibilidade de energia elétrica para carregamento, podem se beneficiar com a adoção de unidades de energia elétrica.

Máquinas maiores, por outro lado, continuam a depender principalmente de motores a diesel. Acredito que as razões para isso estejam nas características básicas da tecnologia dos motores de combustão interna, que oferecem claras vantagens.

Refiro-me, por exemplo, a uma grande quantidade de energia que pode ser armazenada no depósito de combustível, o que acaba por não limitar a autonomia do veículo nem afetar significativamente a sua configuração e massa. O reabastecimento também é muito rápido e não afeta o tempo de atividade da máquina.

Sem falar que o custo dos motores a diesel é significativamente menor do que outras tecnologias.

Qual é o foco principal do desenvolvimento de motores a diesel no momento?

Em poucas palavras, eu diria que os principais objetivos do desenvolvimento de motores a diesel são maximizar o valor para OEMs e usuários finais e, ao mesmo tempo, reduzir o impacto ambiental.

Isso é alcançado identificando, selecionando e integrando as novas tecnologias adequadas ao produto por meio de atividades de P&D.

Especificamente, um dos principais objetivos do desenvolvimento é maximizar a produtividade e o tempo de atividade da máquina e minimizar os custos totais de propriedade, permitindo assim que o usuário final aproveite ao máximo sua máquina.

Para atingir essas metas, o fabricante do motor percorre vários caminhos, começando pela fase de concepção do projeto do novo motor.

Uma abordagem para reduzir (ou, como dizemos, dimensionar corretamente) o motor é um dos fatores-chave para melhorar o desempenho do motor e, consequentemente, a produtividade da máquina.

Refiro-me, é claro, às saídas de potência e torque e à capacidade do motor de responder prontamente às demandas repentinas de carga e mudança de velocidade típicas de muitas máquinas de construção.

O dimensionamento correto também é benéfico para controlar o consumo de combustível, bem como para muitas outras características do motor. Minimizar o consumo de fluidos (combustível, lubrificante, DEF – no caso de motores com SCR após tratamento) é um fator chave no controle dos custos operacionais da máquina.

Para isso, os custos de serviço e manutenção também são extremamente importantes: o layout do motor deve ser projetado para facilitar as operações de serviço (ferramentas de serviço avançadas também devem ser consideradas para esse fim); paralelamente, recursos para aumentar os intervalos de manutenção devem ser considerados no projeto do motor.

Por último, mas não menos importante, a pegada ambiental é outro objetivo importante do desenvolvimento de motores a diesel. Nós da Kohler Engines, alinhados à identidade do Grupo, trabalhamos para um futuro mais sustentável.

Estão agora a ser concebidos motores a gasóleo, com vista a substituí-los por motores a hidrogénio no futuro?

A utilização de combustível de hidrogênio em motores de combustão interna é , a nosso ver, uma das opções mais atraentes que temos para minimizar a pegada ambiental dos powertrains e, ao mesmo tempo, continuar a explorar as vantagens dos motores sobre outros sistemas.

Acreditamos que o novo espaço de combustível desempenha um papel fundamental na redução da pegada de carbono e, em geral, do impacto ambiental dos sistemas de energia.

Refiro-me, por exemplo, aos combustíveis que têm vindo a surgir no mercado nos últimos anos, como o HVO, GTL e outros, cuja utilização permite alguma redução na emissão de poluentes.

No entanto, a principal vantagem desses combustíveis é que eles geram uma redução do CO2 total no meio ambiente em comparação com os combustíveis fósseis de até 90%. Isso inclui o CO2 necessário para produzir o próprio combustível.

Nossos motores diesel são projetados para usar HVO, misturado com óleo diesel ou puro, sem nenhuma modificação no próprio motor ou no tanque de combustível e sistema de combustível do veículo.

Luigi Arnone, diretor de engenharia de motores diesel da Kohler. (Foto: Kohler)

Em outras palavras, simplesmente abastecendo a máquina com HVO em vez de diesel, consegue-se uma redução drástica e repentina de dióxido de carbono. Novamente, este é um “fruto fácil”, uma tecnologia disponível hoje que não requer modificações no motor ou na máquina.

Olhando para o médio prazo, o hidrogênio é uma ótima tecnologia e é levado em consideração no desenvolvimento de novos motores.

Quanto aos motores, injetores específicos e outros componentes estão em desenvolvimento. No entanto, os motores não sofrerão mudanças substanciais no layout geral, tamanho e peso.

O motor a hidrogênio, em outras palavras, é uma solução drop-in para substituir o motor a diesel: mesmo desempenho e sem alterações relevantes na instalação nas máquinas – se considerarmos apenas o motor.

Quais são as vantagens do hidrogênio?

Além da óbvia vantagem do CO2 – que dificilmente está presente no escapamento do motor – a adoção de um sistema de pós-tratamento adequado pode reduzir todas as emissões de poluentes a valores insignificantes.

Este é um ponto realmente importante: a adoção do hidrogênio torna o motor de combustão interna um sistema de geração de energia com emissões quase zero!

Junto com isso, as vantagens do motor sobre, digamos, um powertrain baseado em célula de combustível devem ser consideradas: maior densidade de potência, sem necessidade de baterias, menor custo e maior maturidade tecnológica.

Vemos dois grandes desafios com o hidrogênio. A primeira é a disponibilidade de campo: como o hidrogênio pode ser disponibilizado para reabastecer veículos?

Várias opções estão sendo consideradas, desde redes de distribuição até usinas locais de microprodução e postos de abastecimento.

O segundo é o armazenamento no veículo: o hidrogênio é armazenado em tanques de alta pressão cujo impacto no veículo, em termos de volume, não é desprezível.

A pesquisa está avançando na adoção de materiais especiais capazes de absorver e dissolver hidrogênio; mas ainda não há tecnologia sólida.

Em resumo, os desafios existem, mas acreditamos que o motor movido a hidrogênio é uma das soluções técnicas mais interessantes para o futuro das máquinas de construção.