Motores de combustão a hidrogénio? Porsche já estuda tecnologia

A Porsche está a avaliar o potencial do hidrogénio como combustível para motores de combustão interna, como uma alternativa à gasolina convencional ou até aos combustíveis sintéticos que o construtor tem investido fortemente nos últimos anos.

Não é a primeira a fazê-lo e já aqui escrevemos sobre os esforços da Toyota nesse sentido e que até já tem protótipos de teste funcionais — um dos quais um Corolla de circuito —, mas na Porsche, por agora, este estudo é apenas virtual recorrendo a simulações.

O objetivo é perceber o potencial de um motor de combustão a hidrogénio para veículos de passageiros, já que a divisão de engenharia do construtor, a Porsche Engineering, constatou que a larga maioria dos desenvolvimentos no mundo sobre este tópico referem-se a veículos de transporte de mercadorias.

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E estes apresentam rendimentos específicos baixos de 50 kW por litro, o mesmo que 68 cv/l, um valor insuficiente para a realidade dos motores de combustão que hoje equipam veículos de passageiros.

O 4.4 V8 a gasolina que Vincenzo Bevilacqua refere tem 600 cv de potência, ou seja, tem um rendimento específico duas vezes superior ao constatado nos outros estudos, de 100 kW/l ou 136 cv/l.

Turbocompressores assistidos por eletrões

Foram várias as alterações feitas ao motor para poder usar hidrogénio, como o aumento da taxa de compressão, mas a Porsche Engineering destaca o novo sistema de sobrealimentação, como esclarece Bevilacqua: “Para a combustão limpa do hidrogénio os turbocompressores têm de, por um lado, providenciar uma massa de ar duas vezes superior à dos motores a gasolina. Por outro lado, as temperaturas mais baixas dos gases de escape resultam numa falta de energia para o funcionamento dos turbos”.

Foi esta discrepância, que não pode ser resolvida com turbos convencionais, que levou a Porsche Engineering a estudar quatro alternativas, algumas das quais originárias do mundo da competição.

Todas as soluções alternativas encontradas implicam o uso de turbocompressores com assistência elétrica, alguns deles combinados com válvulas de controlo adicionais no sistema de ar ou com compressores elétricos.

Para este caso em particular, onde o 4.4 V8 turbo equiparia um veículo de passageiros com 2650 kg, Bevilacqua optou por um sistema com dois compressores posicionados “costas-com-costas”: “A característica especial desta solução é o posicionamento coaxial de duas fases do compressor, que são acionados pela turbina ou pelo motor elétrico de apoio usando um veio comum. O ar processado flui pelo primeiro compressor, é arrefecido pelo intercooler e depois volta a ser comprimido na segunda fase.”

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O objetivo de conseguir que o 4.4 V8 a hidrogénio atingisse o mesmo rendimento do 4.4 V8 a gasolina foi conseguido e, a Porsche sendo a Porsche, não se coibiu de simular uma volta ao Nürburgring com o novo motor usando um “gémeo digital” do modelo, alcançando um tempo de 8min20,2s e atingindo uma velocidade máxima de 261 km/h.

Quase sem emissões, mas e os NO_x?

Devido ao uso de hidrogénio como combustível não há emissão de hidrocarbonetos, nem monóxido de carbono ou partículas durante a combustão de hidrogénio.

Contudo, as emissões de NO_x (óxidos de azoto), nocivas para a saúde, são uma preocupação nos motores de combustão a hidrogénio, geradas pelas altas temperaturas que ocorrem na câmara de combustão.

Para as manter sob controlo, a Porsche otimizou o motor para trabalhar com uma mistura ar-combustível muito pobre, resultando em temperaturas de combustão mais baixas, reduzindo as emissões NO_x ao mínimo, ao ponto de dispensar um sistema de tratamento dos gases de escape.

Matthias Böger, engenheiro especialista em simulações de motores na Porsche Engineering, diz mesmo que as “emissões de óxidos de azoto estão abaixo dos limites que estão a ser atualmente discutidos para a Euro 7 e são próximas do zero em todo o mapa de operação do motor.”

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Para melhor compreender o quão baixas são as emissões NO_x que obtiveram, Böger compara-as com o Índice de Qualidade do Ar que diz que à volta 40 microgramas de NO_x por metro cúbico é considerado ar de boa qualidade: “as emissões do motor a hidrogénio estão abaixo desse limite. Este motor em operação, por isso, não tem impacto significativo no ambiente.”

Mais eficiente e custos equivalentes

Graças à sua combustão pobre, este motor a hidrogénio da Porsche também revela ser altamente eficiente no ciclo WLTP — até 5% mais económico que o mesmo motor a gasolina —, indo ao encontro aos objetivos estabelecidos pela equipa da Porsche Engineering.

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Os custos de um grupo motriz a hidrogénio também seriam equivalentes aos de um grupo motriz a gasolina. Apesar do sistema de sobrealimentação e outros componentes mecânicos serem mais complexos e caros no motor a hidrogénio, a ausência de um sistema de tratamento de gases de escape reequilibra a balança ao nível dos custos.

A Porsche diz que dificilmente veremos este motor de hidrogénio entrar em produção, mas esse não era o objetivo deste estudo. O foco estava em examinar o potencial técnico desta alternativa tecnológica e expandir as capacidades das ferramentas de engenharia à disposição.

Fernando Gomes

Entrou no universo dos automóveis através do design, hoje expressa a sua paixão pelo automóvel na escrita.

Porsche

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