Nuestros motores Diesel tienen actualmente una relación de 15,5 a 1 normalmente y aquí la hemos reducido en torno a 12 a 1.

Para quemar hidrógeno, la clave es tener la combustión lo más fría posible, entonces primero que todo, se reduce la relación de compresión y también se aumenta el lambda, es decir la cantidad de aire necesaria para producir la combustión, con esto conseguimos tener una combustión bastante “fría”, lo cual por una parte nos permite evitar la pre-ignición, y por otra parte, al tener una combustión más fría, se reducen las emisiones de NOx.

Lo primero de todo, considerando el motor dual, cuando pensamos en motores a gas natural, estos motores tienen tiempos de reacción superior al Diesel, el hidrógeno tiene un comportamiento totalmente diferente al gas natural, es una combustión muy explosiva con un frente de llama muy rápido, lo cual nos permite tomar cambios de carga de mejor manera que con un motor de gas natural. Para el motor dual tenemos dos alternativas, por un lado, podemos tomar los cambios de carga con Diesel, para lo cual se tendrían los mismos tiempos de reacción que con un motor Diesel, o tomar los cambios de carga con hidrógeno, y una vez que ya tenemos un nuevo estado estacionario, se hace un reemplazo para maximizar la cantidad de hidrógeno. Lo que hemos podido apreciar es que, al tomar la carga con hidrógeno, el comportamiento es bastante similar a cuando la tomamos con Diesel.

En cuanto al tiempo de reacción, si suponemos que el motor ya está con las vueltas nominales a velocidad de generación, podemos tomar la carga en aproximadamente tres saltos de carga de unos 5 segundos cada uno, de ahí que podemos pasar de cero a cien en quince segundos.

Si tenemos como referencia que un kilowatt de pilas de combustible puede estar en torno a los 2.000 euros, para un generador equivalente podemos reducir los costos a unos 500-600 euros por kilowatt.

BeHydro es una empresa, una colaboración entre ABC y CMB, actualmente el motor dual fuel está comercialmente disponible, con el cual estamos con un 80-85% de sustitución. Por otro lado, la versión con 100% de hidrógeno debería estar comercialmente disponible para fines del 2021.

En cuanto a la sala de máquinas en sí, aparte del sistema de alimentación de hidrógeno, no existen diferencias significativas. El principal problema en una embarcación, por ejemplo, es el volumen disponible para el almacenamiento de combustible. Para el hidrógeno, la versión en la cual podemos tener mayor cantidad en el menor espacio es con el hidrógeno líquido, sin embargo, hay que tener en cuenta que se necesitan tanques especiales que puedan mantener el hidrógeno a -253°C aproximadamente; con respecto al espacio, si se tiene hidrógeno líquido, se necesita alrededor de 4,2 veces más espacio que en el caso con Diesel para tener la misma autonomía. Por el otro lado, si se tiene hidrógeno gaseoso, se necesita de alrededor de 20 veces más espacio que con la opción Diesel.

Si pensamos en un contenedor de 40 pies, tiene un volumen total de 56 metros cúbicos aproximadamente, por lo tanto, caben 56.000 litros de Diesel; si tengo una alternativa con botellas de acero con hidrógeno a 250 bar, puedo disponer en torno a 800 kilogramos de hidrógeno en un contenedor de 40 pies; sin embargo, el peso de un contenedor lleno de botellas de acero hidrógeno es en torno a 54 toneladas. Entonces, en las aplicaciones marinas que se podría usar hidrógeno serían aquellas en las cuales nos e necesitara un volumen de almacenamiento de combustible excesivamente grande. Para aplicaciones que requieren mayor autonomía, probablemente soluciones como el metanol o el amoniaco puedan cumplir mucho mejor.

Sobre la parte de alimentación, todo el sistema de inyección y eyectores, la parte que está sometida a una concentración muy alta de hidrógeno, se utilizan aleaciones de acero inoxidable. En cuanto a la tapa o culata del cilindro, hay que pensar que la concentración de hidrógeno que hay en la cámara de combustión no es tan alta como en las tuberías de alimentación, y que también que la fragilización que se produce no es inmediata, sino que se puede ver después de bastante tiempo, y lo que hemos podido ver después de miles de horas de funcionamiento, es que la estructura de la cámara de combustión no se ve comprometida por temas de fragilización.

Primero que todo hay que considerar el costo de inversión, el cual puede ser en torno a un tercio de la pila de combustible, además, a la pila de combustible hay que agregarle la electrónica de potencia, rectificadores, etc. Puede jugar a favor de las pilas de combustible el tema de la eficiencia, ya que se habla de valores de 45-50% y más. Mientras que el caso del motor de combustión de hidrógeno es de alrededor de 45%. La diferencia no es tanto, por lo que habría que hacer una evaluación de costo de vida para ver si el ahorro que puede suponer una pila de combustible es suficiente para suplir el costo de inversión; también hay que considerar la vida útil de la pila de combustible, la calidad del hidrógeno, etc.

El tema es que el “knocking” se produce durante la fase de combustión, aquí lo que realmente nos preocupa es la pre-ignición. El sistema anti “knocking” consiste en un sistema de micrófonos que detecta este ruido, uno en cada cilindro, y en caso de que se detectara este ruido es una señal que tenemos un “knocking”, aunque esta misma tecnología se puede usar para detectar pre-igniciones, ya que el ruido es bastante parecido. Por otro lado, la preignición consiste en la combustión durante la fase de compresión, por lo cual la temperatura y presión se disparan; lo que nosotros estamos monitorizando constantemente en el motor son las temperaturas de combustión de cada cilindro, si detectamos hay una desviación, es decir si la temperatura normal es de 400 °C y hay una pre-ignición, la temperatura puede llegar hasta los 600 °C en 1 segundo; si detectamos este tipo de aumentos de temperatura, el motor reacciona ya sea reduciendo carga o mandando una señal de parada.

Tomando en cuenta que muchas aplicaciones son para barcos, en las cuales el ruido podría interferir con la fauna marina. El tema del ruido lo hemos estado desarrollando por muchos años gracias a la tecnología Diesel. En un barco hay dos tipos de ruidos que deben considerarse, el ruido que se transmite a la atmosfera, a la sala de máquinas, o que se puede emitir en el escape; para esto hay soluciones de silenciador del escape, insonorización de la sala de máquinas o insonorización alrededor del motor. Luego, el otro tipo de ruido es el que se transmite a través del casco al agua; para esto tenemos sistemas con montaje elástico de doble bancada que básicamente reducen a un valor inapreciable el ruido que se transmite a través del caso. El desafío del ruido es de los que mejor conocemos y ante el que mejores soluciones podemos dar.

Lo primero que hay que tener en cuenta son los costos de operación que se tienen actualmente, es decir un motor que se tiene en operación continua va a tener unos costos de operación muy altos. Por lo tanto, si estamos pensando en comprar un motor dual Diesel/hidrógeno, ya de por sí, probablemente la opción Diesel sería más eficiente, además, también habría que tener en cuenta el costo del hidrógeno. Si damos un aproximado, comparando motor Diesel contra motor a hidrógeno, podríamos decir que el sobrecosto de la opción con hidrógeno es de alrededor del 50%. Sin embargo, hay que tener en cuenta que cada vez será más «caro» emitir C02, por lo cual este tipo de alternativas van a ir siendo cada vez más convenientes.

Con respecto a aplicaciones de transporte marítimo, nos tenemos que remitir a las sociedades de clasificación, las cuales establecen los criterios que definen va una sala de máquinas segura. En la actualidad, para todo este tipo de combustibles «alternativos», está la normativa IGF, sin embargo, esta normativa aún no considera al hidrógeno como combustible. Lo que se debe hacer es plantear los proyectos de hidrógeno a estas sociedades clasificadoras, estas van a solicitar un análisis de riesgo y definir las contramedidas ante posibles figas o problemas, de manera de minimizar los posibles riesgos personales o materiales. Lo que debería pasar en los próximos años, es que la normativa IGF contemple al hidrógeno y defina pautas para este combustible. Lo que estamos haciendo ahora nosotros es utilizar la normativa de gas natural como base, por ejemplo, alimentación de combustible de doble pared, que todos los sistemas de alimentación de combustible tengan sistemas de purgado, así como esta doble pared tenga un sistema de ventilación continua, que en caso de detección de una fuga que se cambie a modo diesel, sistemas de ventilación de escape, sistemas de detección en la sala de máquinas, etc. Aun así, hoy en día este tipo de proyecto requiere que las clasificadoras hagan un estudio caso a caso para asegurar que la solución propuesta es segura y no trae riesgos.

Para convertir motores de otras marcas, eso no es una solución que nosotros contemplemos. Lo que si contemplamos es que hay clientes que están realizando una operación para la cual saben que en los próximos va a haber hidrógeno disponible, por ejemplo, estas embarcaciones que van a las centrales eólicas offshore; en casos como este, les ofrecemos unos motores Diesel y un pack de conversión a hidrógeno para 3, 4, 5 años más o cuando el cliente lo requiera, y cuando el hidrógeno ya esté disponible reconvertimos el motor Diesel a uno con hidrógeno.

Partiendo por el lado negativo, en el motor de hidrógeno, al tener más componentes, van a haber tareas nuevas de mantenimiento en la sección de inyección de gas. Por el lado positivo, un motor Diesel que trabaja a cargas parciales, por ejemplo, puede verse afectado por la formación de depósitos de hollín en los asientos de válvula, lo cual no ocurriría en un motor con hidrógeno. Asimismo, muchos de los problemas que se pueden apreciar con el uso de combustibles líquidos como el Diesel, no afectan a los motores que utilizan hidrógeno.

De cara a Chile, estamos en contacto con algunas navieras y algunos operadores remolcadores. Dependiendo de la aplicación, estos pueden tener mayor interés en metanol o en hidrógeno, ya que el metanol tiene la ventaja de poder almacenar más energía en menor espacio. De cara a la minería, donde nosotros podríamos ofrecer una solución sería en el sector de generación; por otro lado, para los camiones mineros, puede que este tipo de motores nos queden un poco grandes, se tendría que evaluar el caso específicamente. La ventaja que tienen este tipo de motores es que son duales, por lo que, si hay cualquier problema con el suministro de hidrógeno, pueden funcionar con Diesel y así no afectar la operación de la planta.