Onderzoekers creëren een nieuwe ‘groene’ motor voor vrachtwagens

Onderzoekers van de Polytechnische Universiteit van Valencia (UPV) hebben een nieuwe motor ontworpen om de milieu-impact te verminderen van de meest voorkomende soorten vrachtwagens die op Europese wegen rijden – die tussen 18 en 25 ton wegen. Vanuit hun laboratoria bij de CMT-Thermal Engines van de UPV stellen ze een nieuwe configuratie voor die alle voordelen van hybride en dual-fuel verbrandingsmotoren verenigt.

De resultaten van de eerste experimentele tests zijn overtuigend: in vergelijking met diesel verlaagt de technologie die wordt voorgesteld door de onderzoekers van CMT-Thermal Engines van de UPV de niveaus van NOx en roet met respectievelijk 92% en 88%, en CO₂ emissies uit de uitlaatpijp met 15% – tot 52 g / tkm (gram per ton en kilometer), waarmee ze voorlopen op de veeleisende anti-contaminatieregelgeving die voor 2025 is goedgekeurd. Deze resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Energieconversie en -beheer.

“Het doel van de studie was om het technisch-economische potentieel te beoordelen van parallelle hybride technologie toegepast naast dual-fuel technologie als alternatief voor pure elektrificatie om een ​​drastische vermindering van CO te bereiken.₂ uitstoot vereist in 2025 – over vijf jaar moeten deze vrachtwagens 15% minder kooldioxide uitstoten. En de cijfers die we hebben verkregen, zowel voor kooldioxide als voor enkele van de andere meest schadelijke verontreinigende stoffen van verbrandingsmotoren, zijn zeer positief ‘, zegt Antonio García, hoogleraar aan de UPV en onderzoeker bij CMT-Thermal Engines.

Samen met de CMT-Thermal Engines-groep van de UPV hebben ook de bedrijven Volvo Group Trucks Technology (Frankrijk) en Aramco Overseas Company (Frankrijk), waarmee CMT-Thermal Engines al meer dan een decennium samenwerkt, aan het onderzoek deelgenomen.

Maximale efficiëntie, minder vervuiling

De combinatie van beide technologieën, dual-fuelverbranding en een hybride structuur, maakt het mogelijk om de voordelen van beide te maximaliseren. “Elektrische assistentie verhindert het gebruik van de thermische motor in omstandigheden met een laag rendement. Tegelijkertijd maakt de toevoeging van de thermische motor aan het volledige systeem het mogelijk om economisch rendabele voertuigen te verkrijgen in vergelijking met de puur elektrische en relatief schone. “zegt Antonio García.

De onderzoeker van CMT-Thermal Engines benadrukt dat de dual-fuel parallelle hybride verbrandingstechnologie het mogelijk maakt om de NOx-uitstoot met meer dan 90% te verminderen in vergelijking met diesel, met bijna geen roet. Bovendien zorgt de optimalisatie van de elektrische componenten ervoor dat de thermische motor werkt in zijn gebieden met de hoogste prestaties, met 13% minder brandstofverbruik dan een conventioneel dieselvoertuig.

Naast dit voorstel voor een nieuwe motor werken we aan het gebruik van alternatieve brandstoffen, zoals e-fuels, om het voordeel van deze technologie te maximaliseren in termen van analyse van de levenscyclus van CO.₂, dus vooruitdenkend voor mogelijke veranderingen in de aanstaande verordening, “zegt García.

Wiskundige modellen staan ​​centraal

Santiago Martínez, onderzoeker bij de CMT-Thermal Engines van de UPV, benadrukt het belang van computersimulaties bij het dimensioneren van de verschillende elektrische componenten om ze te gebruiken in een parallelle hybride structuur samen met het dual-fuel verbrandingssysteem. In die zin was de numerieke simulatie een van de pijlers om de resultaten van het onderzoek in relatief korte tijd te bereiken.

“Voor deze studie werd een virtueel model van het originele voertuig gemaakt met een conventioneel dieselmechanisme, en het werd gevalideerd door gebruik te maken van experimentele gegevens die door de firma Volvo van de vrachtwagen waren verkregen. Daarna hebben we de optimalisatie van de verschillende elektrische componenten uitgevoerd, zoals als motor, generator en batterij, rekening houdend met de werkelijke rijcycli waarin de vrachtwagen zijn activiteit zou uitvoeren. Deze methodologie maakt het mogelijk om het aantal experimentele proeven aanzienlijk te verminderen, en dus ook de ontwikkelingskosten technologie ”, zegt Martínez.

Welke batterij zou het meest efficiënt zijn?

Bovendien legt Javier Monsalve, een ander lid van het CMT-Thermal Engines-team, uit dat om het potentieel van deze technologie in vergelijking met de huidige technologie te bepalen, de kosten ervan moeten worden geëvalueerd met inachtneming van twee hoofdfactoren. Enerzijds de prijs van de batterijen en anderzijds de mogelijke besparingen in termen van bestraffing voor een teveel aan CO₂ uitstoot. In die zin hielden de onderzoekers bij hun analyse rekening met de huidige prijs van de batterijen (ongeveer € 176 / kWh) en hun geschatte kosten in 2025 (ongeveer € 100 / kWh), evenals met de economische boete. opgelegd aan vrachtwagenfabrikanten als ze de CO niet respecteren₂ limiet in 2025, die wordt € 4.250, – per g / tkm.

Rekening houdend met de huidige prijs van de batterijen en de sancties die de Europese Unie voor 2025 heeft voorgesteld, heeft de dual-fueltechnologie voor vrachtwagens tussen 18 en 25 ton de beste voordelen bij het gebruik van batterijen met een kleine capaciteit (tot 10 kWh). het gebruik van pakketten met grotere batterijen zou de eindkosten van het voertuig aanzienlijk verhogen. Het is waar dat deze zou dalen met de voorzienbare daling van de prijs van de lithium-ion-technologie in de komende jaren. Maar tot die tijd zal het moeilijk te zien zijn puur elektrische vrachtwagens die in massa worden vervaardigd ”, besluit Monsalve.