Hidrogen dan sel bahan bakar

Hidrogen sebagai bahan bakar mesin Otto:
Mesin Otto adalah nama lain dari mesin bensin. Mesin bensin ditemukan pada tahun 1876 oleh Nikolaus Otto. Dalam hal ini kita menyebutnya mesin Otto, karena bensin digantikan oleh bahan bakar lain yaitu hidrogen. Pada mesin yang menggunakan injeksi hidrogen, tidak ada lagi tangki bahan bakar berisi bensin.

Ketika hidrogen dibakar, tidak ada gas CO2 yang dihasilkan, tidak seperti mesin Otto dan diesel konvensional, melainkan hanya air. Ketika hidrogen diinjeksikan melalui injeksi langsung, akan terjadi peningkatan tenaga sebesar 15 hingga 17% dibandingkan bahan bakar bensin. Ketika hidrogen disuntikkan ke dalam katup masuk (injeksi tidak langsung), pemanasan cepat terjadi melalui udara. Udara juga digantikan oleh hidrogen. Dalam kedua kasus tersebut, lebih sedikit oksigen (O2) yang mengalir ke ruang bakar. Dalam kasus terburuk, terjadi kehilangan daya hingga 50%.
Perbandingan antara udara dan hidrogen tidak setepat, misalnya, campuran udara-bensin. Oleh karena itu, bentuk ruang bakar tidak terlalu penting.

Hidrogen dapat disuntikkan dengan dua cara:
– Cairan: Dengan pasokan hidrogen dalam bentuk cair, suhu pembakaran akan relatif turun karena penguapan, sehingga NOx yang dihasilkan lebih sedikit.
– Berbentuk gas: Jika hidrogen disimpan dalam bentuk cair di dalam tangki dan mengalir ke ruang pembakaran pada suhu kamar, evaporator harus digunakan untuk mengubah hidrogen dari cair menjadi gas. Dalam hal ini, evaporator dipanaskan oleh cairan pendingin mesin. Langkah-langkah yang mungkin dilakukan untuk mengurangi NOx adalah; melamar EGR, injeksi air atau yang lebih rendah rasio kompresi.

Gambar di bawah menunjukkan empat situasi dengan tiga versi injeksi hidrogen yang berbeda. Pada gambar kedua dari kiri, gas hidrogen disuntikkan secara tidak langsung ke intake manifold. Gas hidrogen dipanaskan oleh suhu lingkungan. Hidrogen juga memakan ruang, menyebabkan lebih sedikit oksigen yang mengalir ke dalam silinder. Ini adalah situasi dimana kehilangan daya paling besar terjadi.
Pada gambar ketiga hidrogen disuplai dalam bentuk cair. Kriogenik berarti bahwa hidrogen telah didinginkan sangat banyak (suatu metode penyimpanan hidrogen dalam jumlah besar dalam bentuk cair dalam tangki penyimpanan yang relatif kecil). Karena suhu hidrogen lebih rendah dan berada dalam keadaan cair, pengisian silinder terjadi lebih baik. Karena temperatur yang rendah, efisiensi yang dicapai hampir sama tingginya dengan mesin dengan injeksi langsung (hidrogen). Mesin injeksi langsungnya bisa dilihat pada gambar keempat. Seluruh ruang pembakaran diisi dengan oksigen. Ketika katup masuk ditutup dan piston mengompresi udara, sejumlah hidrogen disuntikkan melalui injektor. Busi pada mesin ini terletak di belakang atau di samping injektor (tidak terlihat pada gambar).