Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea de Inginerie Mecanica si Mecatronica Catedra Motoare cu Ardere Intena

Cercatari privint utilizarea hidrogenului la motoarele cu aprindere prin scanteie

Student: Xxx

Profesor Coordonator: xxx

Iulie 2011

1

CUPRINS

1.

Introducere pag. 31.

Hidrogen pag. 3 Obtinerea hidrogenului pag. 5 Celula de combustie pag. 7 Hidrogen in motoare cu ardere interna pag. 9 Stocarea hidrogenului Distributia hidrogenului pag. 13 Proprietati Sisteme de alimentare Studii recente pag. 19 pag. 21 pag. 14 pag. 17 pag. 9

2.

3.

4.

5. 6.

7. 8. 9.

10. Realizari

2.

Simularea proceselor termo-gazo-dinamice pag. 241.

Datele de intrare2

pag. 24

2.

Modelul folosit pag. 24 Rezultate pag. 24

3.

3.

Concluzii

pag. 33

4.

Bibliografie pag. 34

INTRODUCERE

Pentru a evita efectele periculoase ale schimbarilor climatice, UE si-a propus sa limiteze cresterea temperaturii globale la 2C, obiectiv inclus in Acordul de la Copenhaga. Tranzitia spre o economie cu emisii reduse de dioxid de carbon are consecinte importante pentru utilizarea durabila a altor resurse decat cele energetice si, prin urmare, pentru initiativa emblematica privind utilizarea eficienta a resurselor din cadrul strategiei Europa 2020. Reducerea emisiilor de gaze cu efect de sera din sectorul energiei coincide cu reducerea considerabila a altor poluanti atmosferici, cu beneficii conexe in materie de sanatate. Analiza previziunilor din cadrul diferitelor scenarii de decarbonizare la nivelul UE arata ca o reducere interna de 80% in UE pana in 2050 fata de nivelurile din 1990 este fezabila din punct de vedere tehnic, cu ajutorul tehnologiilor verificate, daca se aplica in toate sectoarele un stimulent suficient de puternic in materie de pret al carbonului (intre aproximativ 100 EUR si 370 EUR pe tona echivalent CO2 pana in 2050). Pentru aceasta va fi necesar un proces de inovare constant si substantial in domeniul tehnologiilor existente, insa se poate realiza fara tehnologii de varf, cum ar3

fi fuziunea nucleara, pilele cu hidrogen si celulele de combustie sau o retea electrica cu stocare de energie distribuita aplicata la scara larga, si fara schimbari majore ale stilului de viata (de exemplu, modificarea obiceiurilor alimentare, modificarea considerabila a modelelor de mobilitate). [1]

HidrogenCombustibilii alternativi reprezinta substante sau material utilizate drept combustibili, altele decat combustibilii fosili conventionali cum ar fi petrol, carbune sau gaze naturale. Printre cei mai cunsocuti combustibili alternativi se numara: - Biodiesel Bioalcool (metanol, etanol) Energie electrica stocata chimic (baterii si pile de combustie) Hidrogen Biogaz Metan Ulei vegetal Alte surse de biomasa

Cu toate ca in prezent sectorul transporturilor depinde in mare masura de petrol, previziunile privind cresterea cererii si a emisiilor de gaze cu efect de sera au condus la cautarea de combustibili alternativi viabili. Conform unui raport al grupului european pentru viitorii combustibili din transport, printre principalele optiuni pentru inlocuirea petrolului in transporturi se numara electricitatea prin intermediul bateriilor si a celulelor pe baza de hidrogen si biocarburantii. In plus, gazele naturale si bio-metanul ar putea fi folosite ca solutii de back-up, in timp ce combustibilii sintetici ar putea asigura tranzitia de la combustibilii fosili la sursele regenerabile. Biocombustibilii si solutiile sintetice ar putea fi in masura, din punct de vedere tehnic, sa alimenteze toate tipurile de transport, dar disponibilitatea materiei prime si durabilitatea ar putea impune constrangeri privind utilizarea lor. Este foarte probabil ca cererea de energie preconizata in viitor in transport sa nu poata fi indeplinita de un singur tip de combustibil. In general, combustibilii alternativi tind sa aiba o randament energetic mai mica decat combustibilii fosili, dar acestia reduc emisiile de CO2 provenite din transporturi.4

Principalele optiuni pentru completarea, pana in 2050, a combustibililor fosili in transportul rutier, aerian si de marfa pe distante lungi vor fi biocombustibili cu randament energetic mare, ce pot fi distribuiti prin infrastructura existenta. Vehiculele electrice, pe de alta parte, vor fi destinate in special pentru calatorii pe distante scurte. [2] Dintre combustibilii alternativi amintiti mai sus, hidrogenul reprezinta o alternativa viabila deoarece suporta utilizari multiple, astfel, pe langa utilizarea in pile de combustie pentru producerea electricitatii, poate fi folosit si precum combustibil in motoarele cu ardere interna. Hidrogenul poate fi produs atat din combustibili fosili cat si din surse regenerabile astfel incat problema legata de energie poate fi rezolvata pentru orice tara ce are surse de energie suficiente. Multe tari in care industria si transportul se bazeaza pe petrol, pe care trebuie sa il importe, si-au aratat interesul cu privire la tehnologii ce utilizeaza hidrogenul. Printre acestea, Islanda [3], Hawaii [4] si Noua Zeelanda [5] au facut deja primii pasi. Cele mai importante provocari pentru dezvoltarea economiei bazate pe hidrogen pot fi impartite in trei categorii: Economica: costul productiei hidrogenului, transportul, stocarea, celulele de combustie si motoarele cu hidrogen trebuie sa devina competitive. Tehnologica: problema stocarii este principala provocare. Sociala: perceptia publica generala.

-

Lucrarea prezinta generalitati in legatura cu utilizarea hidrogenului prin pile de combustie dar se concentreaza pe folosirea hidrogenului in motoare cu ardere interna deoarece:-

Motoarele cu ardere interna beneficiaza de o dezvoltare continua de mai bine de un secol si inca mai se pot aduce optimizari asupra acestora. Celulele de combustie utilizeaza o tehnologie care este inca in stadiul de dezvoltare. Folosind motoare cu ardere interna, acestea permit utilizarea a doi combustibili; de exemplu, un motor poate functiona atat cu benzina cat si cu hidrogen reducand astfel cerintele pentru cat mai multe statii de alimentare si marind autonomia autovehiculului. Acest lucru ar putea facilita inceputul unei economii bazate pe hidrogen.

-

5

-

Celulele de combustie inca sufera datorita problemelor de pornire la rece si au nevoie de hidrogen pur pentru a evita acest lucru. Motoarele cu ardere interna nu au aceste probleme. Principalul avantaj al celulelor de combustie il prezinta randamentul teoretic ridicat dar in practica aceste valori nu pot fi atinse. Mai mult, eficienta scade pe masura ce creste incarcarea. In practica valorile randamentului folosind celule de combustie sunt similare randamentului folosirii hidrogenului in motoarele cu ardere interna. Mai mult motoarele cu aprindere prin scanteie au potentialul de a creste eficienta cu 52% [6].

-

In concluzie, motoarele cu ardere interna ce folosesc hidrogenul ca si combustibil si celulele de combustie au avantaje si dezavantaje si ambele necesita cercetari amanuntite pentru a oferi intreg potentialul pe care il au. Motoarele cu ardere interna ce folosesc hidrogen pot reprezenta tehnologia de tranzitie catre celulele de combustie sau pot castiga un loc pe piata alaturi de acestea.

Obtinerea hidrogenuluiProducerea hidrogenului s-a bazat mult timp pe electroliza apei, insa in ultima vreme au aparut numeroase metode diferite de obtinere a acstuia. Obtinerea hidrogenului prin electroliza apei. Aceasta forma a obtinerii hidrogenului din apa a fost pentru prima data evidentiata de chimistul german Johann Wilhelm Ritter in jurul anului 1800, si se pare ca pe termen lung este singurul procedeu rational, deoarece in cursul procesului nu se emite CO2, dar cu o eficienta de 75% si cu costuri de patru ori mai mari decat transformarea gazului natural in hidrogen. Ca exemplu se poate aminti electroliza in mediu bazic, care datorita preturilor mici este utilizata adeseori in combinatie cu centrale hidroelectrice in Norvegia si Islanda. Reactia are loc intr-un recipient umplut cu electrolit bun conductor de curent (sare, acid, baza), in care se gasesc doi electrozi printre care circula un curent continuu. Un grup de specialist japonezi si americani au propus producerea hidrogenului din apa marii utilizand energia solara. Proiectul prevede construirea unei platforme prevazute cu oglinzi pentru captarea energiei solare si generatoare pentru obtinerea energiei electrice utilizata la electroliza apei de mare [7]. Obtinerea hidrogenului din combustibili fosili. Prin reformarea catalitica cu vapori de apa din hidrocarburi (gazele naturale cum este metanul, chiar si hidrocarburi mai complexe cum ar fi benzina) utilizate si in alte scopuri, va fi extras in doua trepte hidrogen. Fiind un procedeu deja6

bine pus la punct, exista capacitati de productie de ordinul de marime de 100.000 m/h. In prima faza, prin adaugare de aburi la o temperatura de circa 450-500C si o presiune de 25 - 30 bar, hidrocarburile mai complexe se descompun in metan, hidrogen, monoxid de carbon precum si bioxid de carbon pentru a evita colmatarea catalizatorului din ansamblul de reformare. In faza a doua in ansamblul de reformare metanul va intra in reactie cu apa intr-un catalizator de nichel la o temperatura de 800 900C si o presiune de 25 30 bar rezultand gazul de sinteza. Acesti catalizatori sunt deosebit de sensibili la compusi pe baza de sulf si halogeni, mai ales clor, in practica, de obicei se cupleaza inaintea reformerului o unitate de rafinare. In urma reactiei incomplete puternic endoterme rezulta gazul de sinteza cu o cantitate mare de monoxid de carbon. In consecinta este nevoie de o noua faza in urma careia printr-o reactie exoterma dintre moleculele de oxid de carbon si apa rezulta bioxid de carbon si hidrogen. Reactia are loc in prezenta unui catalizator de oxid de fier. Pentru a obtine hidrogen cat mai pur posibil este nevoie de indepartarea resturilor de CO, CO2 si CH4 reducand concentratia acestora de exemplu sub 10 ppm in cazul oxidului de carbon. Eliminarea resturilor de CO se face chimic prin PROX (oxidare preferentiala) sau fizic cu absorbtie prin schimbare de presiune sau utilizarea unei membrane semipermeabile. Prin oxidare partiala hidrogenul din gazul metan sau pacura, printr-un proces exoterm va fi inlocuit cu oxigen. De cele mai multe ori se adauga si apa pentru a stapani atat temperaturile foarte inalte cat si echilibrul Boudouard dintre CO2 si CO, astfel incat la urma urmei se poate vorbi de un process de reformare autoterm cu adaos mic de apa. In tari cu rezerve mari de carbune cum sunt China sau Africa de sud, pentru acest procedeu, se poate utiliza ca materie prima carbune macinat si amestecat cu apa pentru a obtine o suspensie. Prin reformare autoterma, care este o combinatie dintre reformarea catalitica cu vapori de apa si oxidare partiala se obtine un randament mai ridicat decat in cazul celor doua separate. Ca materie prima, se poate utiliza metanol sau orice fel de hidrocarbura respectiv amestec de hidrocarburi. Avantajele oxidarii partiale (degajarea de caldura) completeaza avantajele reformari catalitice cu vapori de apa (un grad mai mare de extragere de hidrogen). Obtinerea hidrogenului din biomasa se dace prin reformarea catalitica cu vapori de apa si necesita foarte putin oxigen suplimentar deoarece biomasa contine pana la 40% oxigen. Randamentul obtinut este comparabil mai mare decat de exemplu cel de la gazeificarea carbunelui. Un alt procedeu este combinarea pirolizei si a gazeificarii biomasei. In prima faza, cea a pirolizei, se produc gaze primare, cocs si metanol. Acestea vor fi amestecate cu aburi, rezultand din nou un amestec, de aceasta data din hidrogen, metan, monoxid si bioxid de carbon. Si aceasta7

a doua faza absoarbe energie si in urma reformarii rezulta hidrogenul. Aceasta varianta cu doua trepte este aplicata mai ales in utilaje cu capacitate mai mica. Alte procedee de obtinere a hidrogenului Procedeul Kvrner elaborat in Norvegia prin care intr-un arzator cu plasma la 1600C separa complet hidrocarburile in carbune activ (carbon curat) si hidrogen. O statie pilot construita in 1992 in Canada a atins un randament de aproape 100%, rezultand cca 48% hidrogen, 40% carbune activ si cca 10% aburi [8]. Procedeul termochimic. Deasupra temperaturii de 1700C se produce disocierea directa a aburului in hidrogen si oxigen. Aceasta se produce in cuptoarele solare. Gazele rezultate vor putea fi separate cu membrane ceramice. Aceste membrane trebuie sa fie permeabile pentru hidrogen dar nu si pentru oxigen. Problema consta in faptul ca apar temperaturi foarte inalte, si ca atare pot fi utilizate doar materiale rezistente la aceste temperaturi, care sunt totodata foarte scumpe. Din aceasta cauza acest procedeu nu este competitiv. Procedeul fotochimic utilizeaza direct radiatia solara prin absorbtia energiei fotonilor de catre componentele ce intra in reactie. In acest caz sunt necesare materiale semiconductoare al caror nivel energetic este suficient de mare pentru ca prin absorbtia cuantelor de lumina, sa poata capta electroni din moleculele de apa ceea ce va conduce in cele din urma la disocierea acestora. Prin utilizarea de fotocatalizatori se pot inlesni procesele de transformare. Problema cruciala consta in faptul ca materialele fotoactive trebuie sa fie in acelasi timp foarte active si totodata in contact cu apa stabile in timp. In viitor pare posibila combinarea proceselor termochimice cu cele fotochimice. Procedeul fotobiologic este un process biologic ce utilizeaza lumina solara ca sursa de energie. Se aplica in cazul procesului de prelucrare a biomasei cu faze de fotosinteza in prezenta sau absenta oxigenului. De exemplu alga Chlamydomonas reinhardtii poate fi determinata in anumite conditii sa produca hidrogen se pare cu o eficienta de 10%.

Celula de combustieO celula de combustie electrica are o structura foarte simpla, fiind constituita din trei straturi suprapuse: unul este anodul, al doilea este electrolitul, al treilea este catodul.

8

Anodul si catodul se comporta ca niste catalizatori care faciliteaza procesul produs in electrolit. Stratul din mijloc are o structura purtatoare care absoarbe electrolitul. In functie de tipul de electrolit exista mai multe tipuri de celule de combustie. Unii electroliti sunt lichizi, altii sunt solizi, cu o structura de membrana. Electrolitul lasa sa treaca ionii, dar nu electronii. Procesul de producere a energiei electrice prin celule de combustie este exact inversul electrolizei. In procesul electrolizei, prin aplicarea unui curent electric apa este descompusa in componentele sale gazoase, oxigen si hidrogen. In celulele de combustie aceste doua componente gazoase se unesc pentru a forma apa si se elibereaza electroni, care formeaza curentul electric. Teoretic aceeasi cantitate de energie care a fost utilizata pentru electroliza ar trebui sa fie eliberata prin reconstituirea apei. Modul fundamental de operare al celulei de combustie este urmatorul: daca exista hidrogen la anod si oxigen la catod, moleculele de hidrogen se descompun in cate doi atomi si, in acelasi timp, se elibereaza electroni. Ionii de hidrogen formati trec prin electrolit, care este permeabil pentru acestia, si ajung la catod, unde sunt oxidati de oxigen si formeaza apa. Pentru a fi posibila formarea apei este necesar ca electronii donati la inceputul procesului sa fie prezenti. Electrolitul nu este permeabil pentru electroni si daca cei doi electrozi sunt uniti printr-un conductor electric, electronii trec de la anod spre catod prin acel conductor, formand un curent electric utilizabil. Acest proces se desfasoara continuu atat timp cat exista suficient hidrogen si oxigen la anod si respectiv la catod. Majoritatea celulelor de combustie functioneaza pe baza oxigenului extras din aer si nu necesita prezenta oxigenului stocat. O celula de combustie genereaza numai un voltaj redus si de aceea pentru a realiza voltajul dorit este necesar sa se inserieze mai multe celule. Un asemenea aranjament poarta denumirea de pila de combustie. Pilele de combustie functioneaza intr-un mod similar cu acumulatoarele electrice, numai ca, in loc sa fie reincarcate periodic cu curent electric, ele trebuie sa fie alimentate continuu cu hidrogen si oxigen gazos. Exista diferite tipuri de celule de combustie care se diferentiaza prin constructie si prin modul de operare. Principalele tipuri de celule de combustie sunt:1. Celula de combustie alcalina cu hidrogen a fost primul tip de

celula de combustie care s-a diferentiat de prototipul celulei lui Grove. Celula de combustie alcalina cu hidrogen a fost si este9

utilizata in special in constructia vehiculelor spatiale si a motoarelor de submarine. Temperatura de functionare a acestei celule este scazuta, 70 - 100C si asigura un randament de 55 60%. Acest tip de celula este foarte scump, fiind singurul tip care necesita oxigen si hidrogen in forma cea mai pura, cea mai mica impuritate scotand-o din functiune.2. Celula de combustie cu membrana de schimb protonic (PEFMC)

este foarte usoara si usor de exploatat; este eficienta si foloseste drept gaz de oxidare oxigenul atmosferic in locul oxigenului pur. Functioneaza la temperature scazute (70 - 100C) si are un randament de 32 40%. Hidrogenul trebuie generat intr-un reformator. Electrolitul consta dintr-o membrana de schimb protonic, executata dintr-un polimer sulfonat. Intrucat PEFMC are un potential deosebit de a fi produsa in masa, acest tip de celula are cea mai mare perspectiva de dezvoltare in prezent.3. Celula de combustie cu acid fosforic (PAFC) este tipul de celula

care a atins cel mai inalt stadiu de dezvoltare tehnologica si comerciala. Acest tip de celula are o temperatura de functionare ridicata (cca 210C) si de aceea este recomandata pentru centralele de cogenerare, unde a obtinut un randament de pana la 80% [7]. PAFC foloseste drept gaz de oxidare oxigenul atmosferic.4. Celula de combustie cu carbonat topit (MCFC) functioneaza la

temperaturi cuprinse intre 580 - 660C si are un randament de 50 60%. Acest tip de celula nu necesita hidrogen purificat ci gazul natural, biogazul, gazul de carbune, gazul de sinteza pot fi folosite direct drept combustibili. MCFC este insensibila la monoxidul de carbon. Electrolitul in acest tip de celula este o sare topita de carbonati alcalini.5. Celula de combustie cu oxizi solizi (Solid Oxides Fuel Cell - SOFC)

foloseste drept gaze de reactie oxigenul atmosferic si hidrogenul. Temperatura de lucru este intre 800-1100C si are un randament ridicat de pana la 70%. Temperatura ridicata permite o reformare partiala a gazului natural in hidrogen, in cadrul celulei. In acest fel efortul de generare a hidrogenului descreste substantial, gazul natural fiind convertit direct in energie electrica cu un inalt grad de eficienta.6. Celula de combustie cu metanol (DFMC) este singura celula de

combustie care nu foloseste hidrogenul ci metanolul. Temperatura caracteristica de functionare este de 50 - 90C si10

ofera un randament de aproximativ 40%. Acest tip de celula nu necesita reformatori deoarece celula converteste ea insasi metanolul in protoni, electroni liberi si monoxid de carbon. Intrucat nu necesita reformatori, DFMC este celula cea mai potrivita pentru a fi utilizata in autovehicule ca o sursa de energie foarte simpla. O membrana de schimb protonic serveste ca electrolit.7. Celula

de combustie regenerativa este cea mai recent descoperita si permite realizarea unui ciclu al generarii puterii. Electrizorul, a carui putere este furnizata de energia solara, separa apa in oxigen si hidrogen. Acestea fiind la saturatie in celula de combustie se combina producand energie electrica, apa si caldura. Apa rezultata este recirculata la electrizor de unde procesul se reia.

Hidrogen in motoare cu ardere internaIncercarile de adaptare a motorului cu aprindere prin scanteie la functionarea cu hidrogen, incepute inca din anii 1930 nu au capatat extindere decat dupa 1970, cand a fost prima criza petroliera. Lucrarile si articolele publicate pana acum clarifica o buna parte a problemelor dar are unele rezerve privind stocarea si distributia.

Stocarea hidrogenuluiStocarea hidrogenului este strans legata de siguranta de lucru cu acest combustibil. Indiferent de modalitatea de stocare folosita, hidrogenul, ca orice alt combustibil inmagazinat intr-un vehicul ce se deplaseaza cu viteza, reprezinta un pericol de incendiu. Si pentru a mari siguranta la folosirea hidrogenului, acesta poate fi amestecat cu un odorizant si sistemul de alimentare trebuie prevazut cu supape de siguranta si sisteme de avertizare. Hidrogenul gaz poate fi stocat la presiune inalta. Tancurile pentru stocarea gazului presurizat au o constructie care difera in functie de tipul de aplicatie care determina nivelul de presiune solicitat. Pentru marea majoritate a tancurilor stationare, presiunea este relativ joasa (cca 350 bari). Cerintele pentru aplicatiile care presupun tancuri mobile difera in mod substantial, presiunea din tanc in aceste aplicatii ajungand pana la 700 bari. Tancurile sub presiune sunt fabricate din otel, aceasta solutie fiind aplicata pentru aproape toate tancurile de hidrogen utilizate in vehiculele existente. Dar, aceste tancuri sunt costisitoare, incomode si grele (peste 90% din masa rezervorului plin).-

11

Tancurile moderne sub presiune sunt fabricate din materiale compozite (materiale compozite cu fibre de carbon si structura metalica fina interna). Quantum Technologies foloseste fibra de carbon pentru tancurile de hidrogen care sunt folosite de unele prototipuri ce folosesc hidrogenul ca si combustibil. Partea interioara a buteliei este formata dintr-un polimer cu o greutate moleculara foarte mare care serveste ca o bariera de permeabilitate pentru hidrogenul gaz. Un strat de fibra de carbon ce acopera partea interioara a buteliei constituie carcasa ce tine hidrogenul la presiunea necesara. Un strat final este folosit pentru a proteja butelia la impact si pentru a-I oferi rezistenta necasara. Regulatorul de presiune pentru buteliile de 700 bari este situat in interiorul buteliei. Exista de asemenea si un senzor de temperatura care se afla tot in butelie, pentru a monitoriza temperatura din interior in momentul umplerii cu gaz. [9]

Fig. 1. Tancuri de hidrogen de 700 bari - O alta posibilitate de stocare a hidrogenului consta in utilizarea hidrurilor compuse din diferite materiale si hidrogen, care, in anumite conditii de temperatura si presiune, pot elibera moleculele de hidrogen. Aceasta tehnologie de stocare utilizeaza anumite aliaje metalice care absorb hidrogenul ca un burete. In ceea ce priveste volumul, hidrurile au o capacitate de stocare foarte ridicata, dar fiind un mijloc de stocare foarte greu, nu se recomanda sa fie utilizat in aplicatiile mobile. In plus hidrurile sunt foarte scumpe din cauza pretului ridicat al materialelor. Materialele de stocare sunt catalogate in urmatoarele categorii: - Hidruri metalice, care permit eliberarea hidrogenului la temperature si presiuni scazute (1-10 atm, 25 120C). In urma unor studii recente s-a ajuns la o posibilitate de stocare de 10% care poate fi eliberata la temparatura de 285C si la presiunea de 1 atm:Li2NH + H2 = LiNH2 + LiH

Cu toate acestea temperatura poate fi redusa la 220C prin folosirea magneziului, dar la presiune mai mare. Una dintre cele mai importante probleme la folositea hidrurilor metalice este managementul termic in timpul incarcarii. In functie de

12

cantitatea de hidrogen stocata si de timpul de alimentare, megavati pana la jumatate de gigavat apar in timpul de incarcare.

Fig. 2. Tabel presiune-temperatura de eliberare a hidrogenului - Hidruri chimice. In ultimele cercetari s-au folosit reactiile hidrurilor metalice usoara ca LiH, NaH sau MgH2 cu metanol sau etanol. Aceste reactii se desfasoara la temperatura ambientala deci nu au nici un consum de energie, dar alcooli trebuie stocati in vehicul ceea ce ar acupa un volum mai mare si ar avea si o greutate marita. O noua ractie chimica se produce in prima faza la 120C si elibereaza 6.1% din hidrogen, si in a doua faza, la temperatura de 160C elibereaza 6.5%. [9]NH3BH3 = NH2BH2 +H2 = NHBH + H2

- Materiale pe baza de carbon, includ nanotuburi de carbon, aerogels, nanofibre, polimeri conductor.

Fig. 3. Rata de eliberare a hidrogenului prin nanotuburi de carbon13

Aceste materiale au o capacitate de stocare de pana la 10%. [9] Este posibil sa se stocheze hidrogenul si in stare lichida. Aceasta metoda de stocare se poate aplica, cu un mare consum energetic (25 kWh/kg hydrogen lichid), pentru racirea hidrogenului la o temperatura de 253C. Tancurile criogenice fabricate in prezent sunt de foarte buna calitate. Pierderile rezultate din incalzirea treptata a hidrogenului in stare lichida din tanc (pierderea vaporilor de hidrogen) se pot mentine in limite reduse. Stocarea in stare lichida este recomandata pentru aplicatiile mobile deoarece spatiul de depozitare a tancurilor de gaz lichid este cel mai redus (1 l de hidrogen lichefiat = 800 l de hidrogen gazos). In prezent exista deja roboti automati pentru reumplerea acestor tancuri.

Fig. 4. Rezervor de hidrogen in stare lichida Stocarea de hidrogen in stare lichida in tancuri stationare se aplica numai atunci cand hidrogenul trebuie sa fie in aceasta stare, ca de exemplu in statiile de alimentare cu hidrogen. Dar folosind un sistem de alimentare cu hidrogen lichid in admisie coborand temperatura amestecului la -58C s-au obtinut cele mai bune rezultate. [7] Rezervoare hibrid care combina atat stocarea sub presiune cat si criogenica sunt studiate. Acestea sunt mai usoare decat hidrurile metalice si mai compacte decat rezervoarele sub presiune. Deoarece temperaturile nu trebuie sa fie atat de scazute ca in cazul stocarii in stare lichida se pierde mai putina energie pentru lichefiere, deci are un consum mai redus de energie. [9] Daca in viitoarea economie va fi necesar sa se depoziteze mari cantitati de hidrogen, acesta ar putea fi stocat la o presiune de circa 50 bari in caverne naturale subterane. In Franta, SUA si Germania se

14

stocheaza gaz natural in asemenea caverne si se presupune ca aceasta metoda ar putea fi aplicata in viitor si pentru stocarea hidrogenului.

Fig. 5. Tehnologiile de stocare a hidrogenului folosite in prezent

Distributia hidrogenuluiProducatorii auto Daimler, Toyota, Renault/Nissan, Ford, General Motors, Honda, Hyundai si Kia au semnat un acord pentru dezvoltarea infrastructurii pentru distributia hidrogenului pe post de carburant, mai intai in Germania, Statele Unite, Japonia si Coreea de Sud. Tehnologiile de distributie disponibile sunt: - Conducte. Acestea sunt folosite unde sunt foarte multi utilizatori de hidrogen. Transportul hidrogenului prin conductele existente este cea mai ieftina posibilitate de distributie a acestuia.

Fig. 6. Retea de conducte pentru transportul hidrogenului - Camioane, vagoane sau vapoare pot fi folosite pentru a transporta hidrogen atat in stare gazoasa sub presiune cat si lichida. Astazi se poate transporta hidrogen in stare gazoasa la presiuni de 200 bar. Aceasta15

metoda este insa scumpa dar se fac cercetari pentru a se ajunge si la presiuni de 700 bar. Pentru distante mari se foloseste hidrogenul lichid deoarece este mai economic decat transportarea lui in stare gazoasa aflat sub presiune.

Fig. 7. Camion ce transporta hidrogen aflat sub presiune - Depozitarea in spatii predestinate (subterane). Aceasta metoda se foloseste pentru gaz natural si in prezent se fac cercetari pentru a evalua posibilitatea folosirii hidrogenului folosind aceleasi tehnologii.

Fig. 8. Spatii de depozitare pentru hidrogen Motorul cu ardere interna permite utilizarea de combustibili diferiti pe acelasi motor ceea ce duce la un avantaj major in special la introducerea unui combustibil nou pe piata. Astfel, motoarele cu ardere interna adaptate pentru folosirea hidrogenului alaturi de benzina reprezinta un prim pas pentru trecerea la folosirea exclusiva a combustibilului alternativ. Acestea se pot baza pe infrastructura curenta de distributie a benzinei si totodata promoveaza expansiunea infrastructurii de distributie a hidrogenului.

ProprietatiProprietatile hidrogenului care contribuie la utilizarea sa in motoarele cu ardere interna: - compozitia elementara - domeniu larg de inflamabilitate - energie necesara aprinderii redusa - temperatura de autoaprindere ridicata - temperaturile de fierbere si congelare scazute - difuzivitate mare - densitate foarte scazuta16

-

energia de aprindere scazuta si viteza de ardere ridicata

Tabel 1. Proprietatile hidrogenului si ale benzinei

ProprietateaCompozitie (C, H, O) Masa moleculara [kg/kmol] Constanta de gaz perfect, J [kgxgrad] Punctul de fierbere [K] Punctul de topire [k] Densitatea [hg/m3]* Raportul aer-combustibil stoichiometric Temperatura critica [K] Presiunea critica [atm] Volumul molar critic [cm3/kmol] Caldura de vaporizare [J/kmol] Caldura de topire [J/kmol] Cifra octanica Temperatura de autoaprindere Puterea calorica inferioara [kJ/kg] Domeniul de inflamabilitate [] Domeniul de inflamabilitate [Vol %] Energia minima necesara aprinderii [mJ] Difuzivitatea in aer [cm2/s] Viteza de ardere laminara [cm/s]* Temperatura de fierbere [K]17

Hidrogen86, 14, 0 2.016 4124.4 20.28 13.81 0.084 34.2 33.3 12.8 68 458.1 58.5 >130 845 119600 0.15 10.57 4 75 0.02 0.61 210 0

Benzina0, 100, 0 114

303 463 >243 0.735 0.760 14.7

180 350

90 98 257 327 42690 0.26 1.6 1 7.6 0.25 0.05 28 280 460

*la conditii normale de presiune si temperatura Compozitia elementara. Hidrogenul, spre deosebire de combustibilii hidrocarbonati, nu are in compozitia moleculara alte substante. De aceea, printr-o ardere corecta, el nu produce decat apa. In general hidrogenul arde complet, doar in domeniul amestecurilor foarte bogate pot fi gasite urme de hidrogen in gazele de evacuare. Singurul poluant care apare in gazele de evacuare il constituie NOx care poate fi redus si cu ajutorul unui catalizator cu trei cai. Puterea calorica inferioara Puterea calorica inferioara a hidrogenului este de trei ori mai mare decat a benzinei marind randamentul termic si reducand consumul specific. Domeniu larg de inflamabilitate Hidrogenul are un domeniu larg de inflamabilitate in comparatie cu alti combustibili de unde rezulta ca hidrogenul poate fi utilizat in motorul cu ardere interna intr-un domeniu extins de valori ale raportului aer/combustibil (intre =0,14 si =10). Un avantaj semnificativ este ca se poate folosi un amestec sarac adica un amestec in care cantitatea de combustibil este mai mica decat cea teoretica, stoechiometrica sau cantitatea chimica necesara pentru arderea cu o cantitate de aer data. Ca urmare a folosirii unui amestec mai sarac economia de combustibil este mai mare si arderea este mai completa. In plus, la sfarsitul arderii temperatura este mai scazuta, reducand cantitatea de emisii poluante, precum oxizii de azot din evacuare. Pentru un dozaj stoichiometric in cazul hidrogenului, cantitatea de aer este de peste doua ori mai mare decat in cazul combustibililor hidrocarbonati, ceea ce impune o redimensionare a elementelor sistemului de alimentare cu combustibil si aer. Energie necesara aprinderii redusa Hidrogenul are nevoie de o cantitate de energie pentru a se aprinde cu un ordin de marime mai mica decat cea necesara benzinei, proprietate care este benefica pentru utilizarea amestecurilor sarace asigurand o aprindere prompta. Din nefericire, gazele si suprafetele fierbinti pot deveni surse de aprinderi secundare datorita energiei mici de aprindere a hidrgenului. Domeniul larg de inflamabilitate a hidrogenului face ca orice amestec sa fie aprins de suprafete fierbinti. Temperatura de autoaprindere ridicata Temperatura de autoaprindere relativ mare a hidrogenului ofera acestuia calitati antidetonante si are implicatii importante cand amestecul hidrogen-aer este comprimat si este un factor important in determinarea raportului de comprimare, astfel permite utilizarea unor rapoarte de18

comprimare mai mari ale motorului cu hidrogen decat la motorul care functioneaza cu hidrocarburi. De asemenea, temperatura nu poate depasi limita de autoaprindere a hidrogenului fara cauza aprinderea prealabila. Raportul de comprimare mai ridicat este important deoarece mareste randamentul termic. Pe de alta parte hidrogenul se aprinde greu intr-un motor cu aprindere prin comprimare deoarece temperatura necesara pentru acest tip de aprindere este relativ mare. Temperaturile de fierbere si congelare scazute Valorile foarte scazute ale temperaturilor de fierbere si congelare garanteaza completa vaporizare a combustibililor in procesul de formare a amestecului si corecta functionare a motorului la temperaturi coborate. Temperatura de ardere a hidrogenului este mai mare decat cea a benzinei, ceea ce avantajeaza randamantul termic, dar favorizeaza si formarea oxizilor de azot, care apar in concentratii mari la dozaj stoichiometric. Difuzivitate mare Hidrogenul are o difuzivitate superioara oricarui alt combustibil. Valoarea ridicata a coeficientului de difuzie in aer garanteaza o foarte rapida amestecare cu combustibilul, deci formarea a unui amestec omogen Densitate foarte scazuta Hidrogenul are cea mai mica densitate dintre toti combustibilii atat sub forma gazoasa cat si sub forma lichida. Acest dezavantaj este diminuat intr-o oarecare masura de puterea calorica inferioara, dar nu este eliminat, reprezentand un motiv in plus in utilizarea hidrogenului sub forma lichida. Densitatea foarte scazuta a hidrogenului creaza doua probleme majore: - este necesar un volum foarte mare al rezervorului de combustibil pentru a oferi autovehiculului o atonomie adecvata - energia amestecului aer-combustibil este redusa si ca rezultat puterea motorului va fi mai mica Energia de aprindere scazuta si viteza de ardere ridicata. Hidrogenul are nevoie de o foarte mica energie de excitatei, fapt care determina si o intarziere la aprindere inferioara combustibililor hidrocarbonati. Aprinderea usoara si arderea rapida pot provoca initieri ale arderii in momente nedorite sau gradienti de presiune care sa provoace solicitari mecanice nepermis de mari.

Sisteme de alimentare19

Adaptarea sau re-proiectarea sistemelor de alimentare poate fi eficienta in reducerea sau eliminarea aparitiei arderii anormale. Sistemele de alimentare cu hidrogen pot fi impartite in trei categorii: - injectie centrala sau cu carburator - injectie in poarta supapei - injectie directa Folosirea carburatorului este cea mai simpla metoda de alimentare a unui motor cu hidrogen si prezinta urmatoarele avantaje: presiunea hidrogenului nu trebuie sa fie atat de ridicata ca in cazul celorlalte metode; aceasta metoda este deja folosita in cazul motoarelor cu aprindere prin scanteie ceea ce face usor de convertit un astfel de motor pentru a folosi hidrogen ca si combustibil. Ca si dezavantaj este probabilitatea ridicata de aparitie a arderii anormale datorita pre-aprinderii si a rateurilor in admisie La injectia in poarta supapei, hidrogenul este injectat in colector dupa inceputul cursei de admisie. La acest punct conditiile sunt mult mai putin severe si probabilitatea de aparitie a pre-aprinderii este redusa. In injectia in poarta supapei, aerul este injectat separat la inceputul cursei de admisie pentru a dilua gazele reziduale fierbinti si pentru a raci orice punct fierbinte. Deoarece in colector este mai putin gaz (hidrogen sau aer), preaprinderile sunt evitate. Presiunea de admisie a hidrogenului este mai mare pentru injectia in poarta supapei decat in cazul folosirii carburatorului dar mai mica decat in cazul injectiei directe. Injectia cu volum constant (CVI) foloseste un dispozitiv operat de cama mecanica pentru a asigura injectia in fiecare cilindru. Injectia electronica de combustibil (EFI) masoara hidrogenul injectat in fiecare cilindru. Acest sistem foloseste valve solenoide pentru fiecare cilindru si sunt legate la un sistem de rampa comuna. Diferenta intre CVI si EFI este ca primul foloseste timp de injectie constant si presiune variabila in sistemul de rampa comuna, iar EFI foloseste timpi de injectie variabili si presiune constanta in sistemul de rampa comuna.

20

Fig. 9. Tipuri de injectoare PFI Injectia directa este folosita de motoare cu hidrogen mai complexe. Cand combustibilul este injectat, supapa de admisie este inchisa evitand pre-aprinderea si rateurile in admisie. In ultimii ani s-a folosit doar injectia in poarta supapei si injectia directa. S-a demonstrat ca injectia in poarta supapei are un randament ridicat, posibiliatea de a lucra cu dozaje sarace si emisii de NOx mai mici decat in cazul folosirii injectiei directe. Costul si complexitatea motorului este mai mica in cazul injectiei in poarta supapei [10], acesta avand nevoie doar de cateva modificari. Puterea efectiva in schimb, este limitata in cazul injectiei in poarta supapei, deoarece randamentul volumetric scade datorita densitatii foarte mici a hidrogenului si a cantitatii mici de aer necesara pentru amestec stoichiometric (hidrogenul ocupa pana la 30% din capacitatea cilindrului pentru un amestec stoichiometric), ceea ce rezulta intr-o scadere a randamentului volumetric cu 18% fata de benzina. Daca se foloseste injectia directa pentru a introduce hidrogen dupa inchiderea supapei de admisie , puterea maxima poate fi cu 17% mai mare decat in cazul folosirii benzinei. Un important avantaj al injectiei directe fata de injectia in poarta supapei este puterea maxima efectiva deoarece pot fi folosite amestecuri mai bogate fara aparitia rateurilor in admisie. Pre-aprinderea este evitata folosind injectie tarzie a combustibilului. Formarea amestecului in exteriorul cilindrului prin injectie in poarta supapei ofera mai multe posibilitati privind stocarea hidrogenului, insa injectia directa in timpul cursei de comprimare are nevoie de hidrogen la o presiune ridicata si prin urmare necesita hidrogen lichid. Hidrurile metalice pot asigura o presiune scazuta a hidrogenului, hidrogenul comprimat este limitat in acest caz21

deoarece o sa se consume pana ajunge la nivelul presiunii de injectie si deci nu se va consuma niciodata tot gazul din butelie, si comprimarea hidrogenului la bordul vehiculului necesita un compresor suplimentar care are nevoie de energie suplimentara pentru a functiona. Astfel, injectia directa si injectia in poarta supapei prezinta si avantaje si dezavantaje. Injectia directa are performante mai bune la incarcare maxima (puterea maxima efectiva) iar injectia in poarta supapei este mai buna la incarcari partiale (randamentul maxim al motorului). Ambele variante au fost studiate si in functie de necesitatea de putere maxima sau de randament mai bun acestea au fost folosite.

Studii recenteHidrogenul a fost studiat si analizat astfel incat in prezent se cunosc toate avantajele, dezavantajele si problemele ce pot aparea. Foarte multe lucrari trateaza aspecte legate de poluare, randament, ardere anormala, prezinta diferite modelari sau teste experimentale. Arderea anormala poate aparea sub forma de rateu in admisie, pre-aprindere sau detonatie. Backfire sau rateul in admisie poate aparea la utilizarea hidrogenului in motorul cu ardere interna datorita punctelor cu temperatura ridicata din camera de ardere (electrozii fierbinti ai bujiei, talerul supapelor de evacuare, depozitele carbonoase ajunse la incandescenta, gazele reziduale, gazele de ardere ajunse pe traseul de admisie prin curgere inversa) deoarece hidrogenul se aprinde la temperaturi coborate (530C), fiind necesara o energie de aprindere mult mai redusa decat pentru alti combustibili. O alta cauza a aparitiei acestui fenomen poate fi energia reziduala din circuitul de aprindere. Datorita concentratiei scazute de ioni din flacara unui amestec aer-hidrogen comparativ cu o flacara aer-hidrocarburi, este posibil ca energia de activare sa nu fie in totalitate transferata catre flacara si sa ramana partial in circuitul de aprindere pana cand conditiile din cilindru devin propice si aceasta este transferata in totalitate catre amestec. Inducerea aprinderii datorita cablurilor de transport a energiei electrice pentru scanteie poate fi o sursa de rateu in admisie deoarece energia electrica folosita pentru aprinderea controlata intr-unul dintre cilindri poate fi transferata in alt cablu pentru alt cilindru aparand astfel o descarcare electrica de intensitate mai mica intre electrozii bujiei din cilindrul care la momentul respectiv efectua admisia. Procese de post ardere in interstitiile din cilindru in momentul deschiderii supapei de admisie ce conduc la transfer de energie catre incarcatura proaspata generand aprinderea amestecului aer-hidrogen in timpul admisiei si pre-aprinderea in cilindru ce poate22

aparea de la punctele de incandescenta in timpul cursei de comprimare ducand la cresterea temperaturii acestora poate de asemenea sa duca la aparitia rateurilor in admisie. In urma cercetarilor realizate pana in prezent au fost gasite diferite metode de a elimina acest fenomen. Intarzierea deschiderii supapei de admisie este o solutie care conform studiilor de la Universitatea Sungkyunkwan din Koreea poate fi inlocuita prin folosirea unor amestecuri foarte sarace si supraalimentare astfel incat puterea sa ramana constanta. Folosind aceasta metoda nu se rezolva numai problema rateului in admisie dar se obtin si emisii reduse si un randament mai mare [11]. Limitarea sfarsitului injectiei este de asemenea o varianta propusa si validata de Institutul de Tehnologie din Beijing, China care a studiat efectele timpilor de injectie la diferite valori pentru turatie si coeficientul de exces de aer prin simulari CFD (dinamica computerizata a fluidelor). Cu cat turatia este mai mica si dozajul de hidrogen mai bogat cu atat injectia trebuie sa se opreasca mai devreme [12]. Inceputul injectiei este de asemenea un parametru care poate elimina rateul in admisie. Conform studiilor efectuate de Universitatea Tsinghua din China timpul minim de inceput al injectiei este liniar cu turatia la un moment motor constant [13]. In urma simularilor CFD BMW a ajuns la doua concluzii: pentru a evita rateul in admisie o importanta foarte mare o are amplasarea injectorului si timpii de injectie; daca injectia are loc prea repede va lasa amestecul sa se intoarca in colector in timp ce supapele de admisie se inchid. Intarzierea injectiei cat de mult se poate, poate raci punctele fierbinti si astfel sa reduca aparitia rateului in admisie [14]. Dupa cum se stie, hidrogenul are un nivel de rezistenta la detonatie foarte ridicat. Dar cu toate acestea sunt anumite cauze ce pot duce la aparitia detonatiei si anume vitezele excesiv de mari ale flacarilor de hidrogen. Printr-o reducere a vitezei de crestere a presiunii, detonatia poate fi diminuata mai eficient decat prin scaderea duratei procesului de ardere. O alta cauza ar putea fi cresterea raportului de comprimare si a temperaturii de admisie. Pe masura ce aceste valori cresc, zona aflata in afara pericolului aparitiei detonatiei se micsoreaza. Aceasta reprezinta o limitare practita in vederea obtinerii unei puteri mai mari sau a unor eficiente ridicate [15]. Fenomenul de pre-aprindere este factorul ce limiteaza unii parametrii cum sunt raportul de comprimare, avansul la producerea23

scanteii electrice sau dozajele folosite. S-au facut masuratori pentru care au fost folosite rapoarte de comprimare de 11:1 si presiuni de supraalimentare de 0.85 bar pentru dozaje stoichiometrice [16] precum si rapoarte de 14:1 pentru dozaje sarace [17, 18]. O solutie eleganta de a evita pre-aprinderea este folosirea unor injectoare de presiune ridicata [19]. Unul dintre principalele motive care fac hidrogenul sa fie combustibilul viitorului este nivelul foarte redus de emisii poluante. Singura problema care apare este din cauza temperaturii ridicate de ardere la dozaje stoichiometrice sau sarace dar cu =2, iar pentru un moment motor de 80 Nm a scazut sub 2, influentand emisiile poluante. O modalitate de a scadea aceste emisii in conditiile de fata ar fi utilizarea unui catalizator cu trei cai, dar acesta poate fi utilizat cu eficacitate maxima numai pentru dozaje foarte putin bogate fata de dozajul stoichiometric astfel incat hidrogen nears sa fie prezent in sistemul de evacuare deoarece este un agent de reducere a NOx foarte eficient. O alta modalitate de reducere a emisiilor de NOx ar fi utilizarea dozajelor sarace si a supraalimentarii, astfel incat puterea motorului sa ramana la valorile initiale.

Fig. 14. Presiunea medie indicata pentru benzina

31

Fig. 15. Presiunea medie indicata pentru hidrogen Valorile obtinute pentru cei doi combustibili sunt asemanatoare. Se pot observa insa mici diferente, astfel, in zona turatiilor scazute (1500 2500 rpm) hidrogenul ofera o presiune medie indicata mai mare datorita presiunilor mai mari si a pierderilor de pompaj mai mici, iar in zona turatiilor ridicate (3500 4500 rpm) benzina prezinta valori mai mari datorita pierderilor de pompaj mai mari in cazul folosirii hidrogenului. Reducerea lucrului mecanic de pompaj se obtine prin reducerea diferentei dintre presiunea la evacuare si presiunea la admisie.

32

Fig. 16. Diagrama indicata pentru hidrogen la 1500 rpm, 20 Nm

Fig. 17. Diagrama indicata pentru hidrogen la 4500 rpm, 80 Nm

33

Fig. 18. Diagrama indicata pentru benzina la 1500 rpm, 20 Nm

Fig. 19. Diagrama indicata pentru benzina la 4500 rpm, 80 Nm

Fig. 20. Puterea indicata pentru benzina

34

Fig. 21. Puterea indicata pentru hidrogen

Fig. 22. Randamentul efectivpentru benzina

35

Fig. 23. Randamentul efectivpentru hidrogen Folosind hidrogen, randamentul efectiv este mai mare decat in cazul utilizarii benzinei pentru toate valorile calculate pentru intreaga gama de turatii (1500 4500 rpm). Se observa ca la valori scazute ale momentului motor, diferenta este cea mai mare, datorita amestecurilor sarace de hidrogen (pierderi reduse de racire, randament teoretic mai ridicat) si datorita lipsei pierderilor din pedala de acceleratie (se foloseste deschiderea maxima a clapetei de acceleratie). Randamentul efectiv folosind hidrogen scade odata cu cresterea turatiei datorita unor pierderi mai mari de debit in colectorul de admisie. In ciuda lipsei pierderilor din pedala de acceleratie, pierderile de debit in cazul folosirii WOT(clapeta larg deschisa) pot fi substantiale ca urmare a fluxului de aer ridicat. Pentru a compensa aceste pierderi trebuie injectat mai mult hidrogen.

CONCLUZII

Hidrogenul este un combustibil alternativ care datorita proprietatilor sale poate fi folosit in motoarele cu aprindere prin scanteie. Sunt diferite metode de alimentare printre care cele mai folosite sunt sistemele de injectie in poarta supapei si injectia directa, dar fiecare prezinta avantaje si dezavantaje. Randamentul efectiv mai mare decat cel obtinut la folosirea benzinei este un avantaj prezent la ambele sisteme de injectie. In urma simularii proceselor termo-gazo-dinamice folosind programul realizat in C++ au rezultat valori foarte apropiate de cele obtinute experimental.36

Emisiile de NOx sunt cele mai importante in cazul emisiilor poluante la folosirea hidrogenului, de aceea un control al acestora inseamna rezolvarea problemei emisiilor. Folosind hidrogen se poate realiza un motor cu emisii poluante foarte mici, astfel incat putem spune ca este cel mai curat combustibil alternativ. Cu toate ca inca exista probleme legate de stocarea hidrogenului la bordul autovehiculelor si de distributia acestuia, reprezinta o alternativa viabila, si odata cu rezolvarea acestor probleme care sunt destul de costisitoare cu siguranta ca hidrogenul va deveni un combustibil folosit in motoarele cu ardere interna.

BIBLIOGRAFIE

[1]. Foaie de parcurs pentru trecerea la o economie competitiva cu emisii scazute de dioxid de carbon pana in 2050, Bruxelles, 8.3.2011, SEC(2011) 289 final. [2]. CARTE ALBA, Foaie de parcurs pentru un spatiu european unic al transporturilor Catre un sistem de transport competitiv si eficient din punct de vedere al resurselor, Bruxelles, 28.3.2011, COM(2011) 144 final. [3]. Arnason B. and Sigfusson T.I. Iceland a future hydrogen economy. Int. J. Hydrogen Energy, 25:389394, 2000.

37

[4]. Dunn S. Hydrogen futures: towards a sustainable energy system. Int. J. Hydrogen Energy, 27:235264, 2002. [5]. Kruger P., Blakeley J., and Leaver J. Potential in New Zealand for use of hydrogen as a tranportation fuel. Int. J. Hydrogen Energy, 28:795802, 2003. [6]. Tang X. et al. Ford P2000 hydrogen engine dynamometer development. SAE, paper nr 2002-01-0242, 2002. [7]. M G Popa, N Negurescu, C Pana, Motoare Diesel Procese, Matrix Rom, Bucuresti, 2003. [8]. http://www.hydrogeit.de/wasserstoff.htm [9]. http://www1.eere.energy.gov [10]. Stockhausen W.F. et al. Ford P2000 hydrogen engine design and vehicle development program. SAE, paper nr 2002-01-0240, 2002. [11]. Kwang-Ju Lee, Thanh Cong Huynh, Jong-Tai Lee, A study on realization of high performance without backfire in a hydrogen-fueled engine with external mixture, Int. J. Hydrogen Energy, 35 (2010) 1307813087. [12]. Xing-hua Liu, Fu-shui Liu, Lei Zhou, Backfire prediction in a manifold injection hydrogen internal combustion engine, Int. J. Hydrogen Energy, 33 (2008) 3847 3855. [13]. Munan Hong, Jianyong Zhang, Xihao Li, Effect of Injection Timing on Backfire of Port Injection Hydrogen Engine, 2008 SAE International Powertrains, Fuels and Lubricants Congress Shanghai, China. [14]. Berckmuller M, Rottengruber H, Eder A, et al. Potentials of a charged SI-hydrogen engine. SAE Paper no. 013210; 2003. [15]. Hailin Li, Ghazi A. Karim, Knock in spark ignition hydrogen engines, International Journal of Hydrogen Energy 29 (2004) 859 865. [16]. Berckmuller M. et al. Potentials of a charged SI-hydrogen engine. SAE, paper nr 2003-01-3210, 2003. [17]. Tang X. et al. Ford P2000 hydrogen engine dynamometer development. SAE, paper nr 2002-01-0242, 2002. [18]. Smith J.R., Aceves S., and Van Blarigan P. Series hybrid vehicle and optimized hydrogen engine design. SAE, paper nr 951955, 1995. [19]. N.D. Glasson, R.K. Green, Performance of a spark-ignition engine fuelled with hydrogen using a high-pressure injector, International Journal of Hydrogen Energy Volume 19, Issue 11, Pages 917-923. [20]. Kaname Naganuma, Yasuo Takagi, Study of NOx Emissions Reduction Strategy for a Naturally Aspirated 4-Cylinder Direct Injection Hydrogen ICE, 2010-01-2163. [21]. Tony Collier, Chris Burgess and Mark Brogan, Measurement of Gasoline Exhaust Hydrogen Emissions, Emissions Measurement & Testing 2004 (SP-1862).

38

[22]. Hermann Obermair, Riccardo Scarcelli and Thomas Wallner, Efficiency Improved Combustion System for Hydrogen Direct Injection Operation, SAE Int., 2010-01-2170. [23]. S. Verhelst, P. Maesschalck, N. Rombaut, R. Sierens, Efficiency comparison between hydrogen and gasoline, on a bi-fuel hydrogen/gasoline engine, Int. J. Hydrogen Energy 34 (2009) 25042510 [24]. Verhelst S., A study of the combustion in hydrogen-fuelled internal combustion engines, PhD thesis, Ghent University, Ghent, Belgium, 2005

39