Volvo utvecklar vätgasmotor för tunga transporter

2020-12-15 06:00  

Vätgas som bränsle i stora förbränningsmotorer. AB Volvo utvecklar för första gången tekniken som kan bli lösningen för effektkrävande nischapplikationer – där bränsleceller inte räcker till.

När vätgas diskuteras som en lösning på växthuseffekten handlar det oftast om att köra in den i en bränslecell som genererar elektricitet. Elen driver i sin tur en elmotor. Ett bränslecellsfordon är alltså också ett elfordon, men energin lagras i vätgas snarare än i batterier.

Det är dock fullt möjligt att konstruera en förbränningsmotor som drivs av vätgas. Det har redan gjorts många gånger. De Rivaz-motorn, som uppges vara världens första förbränningsmotor, drevs av vätgas. Så sent som 2005-2007 testade även BMW tekniken i en bil kallad BMW Hydrogen 7.

Svenska AB Volvo har nu dragit igång ett projekt som syftar till att utvärdera tekniken. Något beslut att industrialisera motorn har ännu inte tagits.

– Vi är relativt tidigt i utvecklingen. Vi är rätt duktiga på gasmotorer men har inte jobbat så mycket med vätgas. Men vi ser att det kommer att ske stora förändringar i energisamhället framöver. Vi förutser att det kommer att finnas stora mängder förnybar energi, framför allt från vindkraft. Vindkraftbolagen har redan extremt stora variationer mellan utbud och efterfrågan. Då blir vätgas ett väldigt attraktivt sätt att lagra energin på. Därför tror vi att vätgas kommer att bli riktigt konkurrenskraftigt ur ett kostnadsperspektiv, säger Lars Stenqvist, teknisk direktör på AB Volvo.

Fördelen med vätgas

De befintliga dieselmotorerna utgör basen i utvecklingen. Men tanken är att utgå från otto- snarare än dieselprincipen, det vill säga antända bränslet med tändstift i stället för med kompression.

– Dieselmotorn är utvecklad för höga tändtryck vilket är bra. Men ottoprincipen är den som oftast används i gasmotorer, säger han.

Läs mer: Därför satsar AB Volvo till sist på bränsleceller

Fördelen med att använda vätgas är att den inte innehåller något kol. Det blir alltså i princip inga utsläpp av vare sig koldioxid (CO2), kolmonoxid (CO), oförbrända kolväten (HC) eller partiklar (PM).

– De partiklar som avges kommer från smörjoljan. Det blir inte noll partiklar, men grymt nära.

Tekniken löser dock inte de omtalade kväveoxiderna (NOx), som hela Dieselgateskandalen handlade om. De är skadliga för människan och beräknas bidra till tiotusentals förtida dödsfall varje år.

– Kväveoxidutsläppen är inte noll, men otroligt mycket lägre än i dagens motorer. Dem måste vi ta hand om på något sätt. Vid framför allt kallstart kommer det att krävas någon form av avgasefterbehandling.

Lägre verkningsgrad

Verkningsgraden, det vill säga hur effektivt motorn omvandlar bränslets energi till rörelse, kommer att bli lägre. Volvos dieselmotorer når upp till knappt 50 procent. Med vätgas som bränsle räknar Lars Stenqvist med att de kan komma upp i cirka 40 procent.

– Det blir alltså lite sämre. Allting bygger på att vi kommer att få ett mycket attraktivt pris på vätgas, säger han.

En bränslecell omvandlar vätgas till el med cirka 65 procents verkningsgrad, som i sin tur ska driva en elmotor med en verkningsgrad kring 90-95 procent. Det kan tyckas mer energieffektivt att använda sig av bränsleceller. Volvo har nyligen inlett ett samarbete med Daimler kring den tekniken.

Läs mer: Samuelsson står fast – Volvo tror fortfarande inte på bränsleceller

Anledningen till att Volvo inte ser bränsleceller (eller batterier) som en lösning på alla driftsfall handlar om effektbehov och kylning. För riktigt tunga transporter, till exempel 60 eller 80 tons timmerlastbilar, kommer en bränslecell att generera så mycket värme att det blir svårt att kyla bort den.

– Bränsleceller måste kylas extremt mycket mer än en förbränningsmotor, eftersom mycket av värmen åker ut med avgaserna. Enligt våra beräkningar når vi en gräns för när vi inte längre kan köra med bränsleceller. Då behöver vi något annat. Vi är övertygade om att förbränningsmotorn kommer att behövas i nischapplikationer, säger han.

På måndagen rapporterade Financial Times att Volvo, Scania och fem andra lastbilstillverkare kommit överens om att fasa ut den traditionella förbränningsmotorn till 2040, tio år tidigare än planerat. Men exakt vad det innebär är ännu oklart.

Lars Stenqvist betonar att majoriteten av Volvos lastbilar i framtiden kommer att vara batteri- eller bränslecellselektriska. Energitäta biobränslen, som syntetisk diesel, riskerar också att bli väldigt dyrt, och kommer förmodligen att gå till flyget, den maritima sektorn samt polymerindustrin. Vätgas som bränsle i en förbränningsmotor handlar för Volvo helt enkelt om att lösa ett antal nischapplikationer, enligt Lars Stenqvist.

Hade det varit ett alternativ att göra en lastbil som inte kan lasta så tungt, men där vätgasen används i en bränslecell, eftersom verkningsgraden i ett sådant system är betydligt högre?

– När vi räknar energi per transporterad tonkilometer så vinner tyngre och längre fordon över fler och kortare. Så går det att lösa tekniskt finns det ett samhällsekonomiskt värde i att gå mot längre och tyngre fordon, säger han.

”Då faller hela teknologin”

Lars Stenqvist påpekar att det är för de största motorerna, det vill säga på 13 och 16 liter, som tekniken är aktuell.

Om Volvo väljer att industrialisera tekniken kan den finnas i serieproducerade fordon under andra halvan av detta årtiondet, säger han. Men det finns en risk, enligt Volvos tekniske direktör: Att politiken väljer att helt ta sin hand från förbränningsmotorn som lösning, vilket allt fler länder har gjort när det handlar om personbilar.

– Förbjuder man den faller hela den här teknologin. Det är otroligt viktigt att man begriper vad som är samhällsekonomiskt vettigt att göra. Det kanske faktiskt är vettigt att acceptera en liten mängd förbränningsmotorer och försvinnande små mängder kväveoxider, i stället för att ha en benhård tolkning och säga att det bara är noll som är acceptabelt.

Läs mer: Northvolt: Att bygga batterifabrik söder om Gävle är redan svårt

Vilken TRL-nivå (Technology Readyness Level) vätgasmotorn befinner sig på kan Lars Stenqvist inte riktigt säga. Vissa delar av tekniken är redan extremt mogen, andra delar behöver utvecklas. En utmaning är att förbränningen är väldigt torr och inte bildar något sot, vilket har en smörjande effekt. En annan är att vätgasen kan reagera med syre och bilda vatten. Risken för korrosion blir alltså stor. Dessutom kan vätgas göra material spröda, vilket kallas väteförsprödning. Att utveckla en vätgasmotor handlar alltså både om att förfina smörjningen samt att använda sig av bättre material, som hårdmetaller i ventilsäten till exempel.

En öppen fråga är också i vilken form vätgasen ska lagras. Volvo har tre alternativ. Som komprimerad gas vid 350 eller 700 bar alternativt i flytande form, vilket kräver att den kyls ner till -253 grader Celsius. Volvo har ännu inte bestämt sig. Lars Stenqvist betonar att det är en större fråga som även innefattar tankinfrastrukturen, och därmed måste lösas av hela branschen gemensamt. Han hoppas på en standard.

– Vi har inte låst radarn ännu. Ju fler spår vi har desto jobbigare blir det visserligen, men ännu känns det inte tillräckligt säkert att låsa sig till ett av de tre alternativen.

Hur ser konkurrenssituationen ut?

- Vi har känt oss som den udda fågeln under en period. Vi brukar inte kommentera vad andra gör. Men vi ser att några andra börjar titta på det här också, vilket är bra. Det är även därför vi kan sitta och prata öppet om det här. Alla ingenjörer som jobbar med förbränningsmotorer vet att det här är möjligt.

Johan Kristensson

Mer om: Volvo Vätgas

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt