JCB、建設機械用水素燃焼エンジンを検討

地球の緑化について考えるとき、多くの場合、ソーラーパネルと電気自動車が真っ先に頭に浮かびます。 しかし、世の中には二酸化炭素を排出しているものがたくさんあり、それらも浄化する必要があります。 これには、葉吹き機、芝刈り機、そして建設や農業作業用の大型機器も含まれます。

JCB は大型機械用のディーゼル エンジンを製造していますが、現在はよりクリーンな未来に向けて切り替えを検討しています。 この目的を達成するために、同社は大型機械用の水素燃焼エンジンの開発に取り組んでいます。

水素は燃料電池を通過させることで電気を生成し、モーターの駆動に使用できます。 企業は、自動車やトラックに電力を供給するためにこの方法で水素を利用することを検討してきました。 JCBは当初、水素燃料電池にも注目していましたが、建設機械に必要な瞬間的な高出力を供給するのが苦手であることがわかりました。 代わりに、同社は、かなり従来型の内燃機関での燃焼に水素を使用することを検討し始めました。 これは他の企業も検討してきたコンセプトで、トヨタもモータースポーツプログラムでこの技術を検討している。

水素は燃焼が非常にクリーンなため、燃料として有用です。 水素と酸素の化学反応の直接生成物に関して言えば、唯一の副生成物は水です。 もちろん、空気中で水素を高温で燃焼させると、反応により窒素酸化物が生成されます。 ただし、全体としては、水素の燃焼による排出物は、化石燃料の燃焼よりもはるかにクリーンです。 それはすべて、炭素が存在しないことに起因します。つまり、反応で二酸化炭素がゼロになることを意味します。

このため、JCB は機械にクリーンな電力を供給する方法として水素燃焼エンジンを追求してきました。 同社は水素を燃料とする4.8リットル4気筒エンジンを開発した。 同社の同様のサイズの Dieselmax 448 エンジンと同じパワーとトルクを発揮することができ、同じコストで発売されることが期待されています。 さらに、古いマシンにクリーンな燃焼エンジンを後付けできる可能性さえあります。

水素エンジンを構築するために、JCB は既存の Dieselmax モデルの下半分から開始しました。 サンプとシリンダーブロック、冷却システムはディーゼルエンジンモデルと同じです。 水素エンジンも通常の可変ジオメトリーターボを引き続き使用しています。 ただし、エンジンはまったく異なります。 新しいシリンダーヘッドと噴射システムは、ディーゼルの代わりに水素ガスを噴射するように設計されています。 水素は圧縮点火に最も適しているため、エンジンも圧縮点火ではなく火花点火用に改造する必要がありました。 ディーゼル燃料タンクも同様になくなり、代わりにアルミニウムとカーボンファイバー製の1kgの水素ガス貯蔵容器5個が設置された。 。

特に、水素燃焼燃焼エンジンは、火花点火ガソリン エンジンとほぼ同じように動作できます。 ガスエンジンを液化石油ガスで動作するように変換できるのと同じように、インジェクターを変更するだけで、たとえ誘導効率が低いため出力は低くても、水素で動作するように変換できます。 ただし、水素燃焼専用の直噴エンジンを設計すればこの問題を回避でき、理論的には同サイズのガソリン エンジンよりも 20% 高い出力のエンジンを製造できる可能性があります。 硬化バルブや特別な点火プラグなど、水素パ​​ワーに合わせたその他の改良は、寿命を延ばし、燃焼の質を向上させるのに役立ちます。 ディーゼルエンジンに関しては、気体燃料が圧縮着火に適していないため、水素動力に変換するのはそれほど簡単ではありません。 しかし、JCB が実証したように、同様のサイズの水素エンジンは、適切に構築すればディーゼルのパワーとトルクに匹敵し、基本的なコンポーネントを共有することもできます。

JCB のエンジンはまだテスト段階にあります。 2023年末までにエンジンの試作を開始し、建設車両や農業車両に適用することを目指している。 一方、水素は化石燃料よりもクリーンに燃焼しますが、この技術は広く普及するには依然としていくつかのハードルに直面しています。

水素には、長距離パイプラインの点でも、消費者向けの充填所の点でも、実行可能な流通ネットワークがまだありません。 そのために、JCBは独自の移動式給油車を開発しました。 燃料は機械に運ばれることが多く、その逆ではないため、農業や建設の経営者にとってはこれが最適です。 所有者はどこにいてもガソリンスタンドまで運転できることを期待している道路走行車両に電力を供給することに比べれば、それははるかに少ない問題です。

水素の生成も問題です。 再生可能電力を使用して水を水素に分解することでクリーンに生成でき、「グリーン水素」として知られるものを生成します。 しかし、現在市場に出回っている水素の多くは天然ガスから化学的に生成されており、有害な炭素を排出し、いわゆる「グレー水素」を生成しています。 一部の生産者は差額を分配し、炭素排出を貯蔵して「青色水素」として知られるものを製造している。 しかし根本的には、水素自動車に動力を供給する準備ができている「グリーン水素」の主要な再生可能資源がまだ存在していないのです。 したがって、現在、水素自動車は排出ガスを灰色の水素プラントに移しているだけである。

水素燃焼エンジンのもう 1 つの大きな問題は効率です。 水素エンジン車両のウェル・トゥ・ホイール効率はわずか 20 ～ 25% 程度であり、水素燃料電池車の 25 ～ 30% の数字に比べれば劣ります。 これは主に、燃料電池と比較して内燃エンジンに伴う損失が大きいためです。 しかし、バッテリー自動車と比較すると、水素燃料の精製と輸送ですべてのエネルギーが失われるため、損失はさらに大きくなります。 同等の電気自動車は、これと比べて 80 ～ 85% もの効率を実現できる可能性があります。 結局のところ、水素燃焼車両はディーゼル燃焼車両とほぼ同じ効率ですが、排出ガスがはるかにクリーンになるという利点があります。

全体として、世界が炭素排出実質ゼロの点に到達したいのであれば、ほぼすべての化石燃料燃焼機械をよりクリーンな運転方法に転換する必要があるでしょう。 JCB のここ数年間の研究はまさにその目標を追求しており、賞賛されるべきです。

同時に、建設機械や農業機械の世界が完全にクリーンで環境に優しいと言えるようになるまでには、クリアすべきハードルがさらにあることも明らかです。 長時間重労働を行う機械にとって、電気駆動はまだ選択肢にない可能性があります。 そのような場合、水素燃焼は、その間にそれらを浄化するための実行可能な技術となる可能性があります。 しかし、その追求を価値のあるものにするためには、クリーンに供給された水素の製造と流通がなければなりません。 JCBは契約終了を延期しており、パズルを完成させるには水素の供給が追いつく必要がある。