Ouvimos e lemos muito sobre veículos elétricos e os componentes necessários para fazê-los funcionar (motores, baterias, células de combustível). Ouvimos muito menos dos fabricantes de componentes que são necessários para fazer os veículos com motor de combustão funcionarem. Eles não estão nem perto de desaparecer em uma nuvem de fumaça: eles continuam a fazer e investir diligentemente em seus produtos e continuarão a fazê-lo por muito mais tempo do que alguns gostariam de admitir. Mas mesmo que o motor de combustão interna esteja fadado a acabar na sucata, seus componentes subsidiários – o turbocompressor, por exemplo – podem ter algumas aplicações surpreendentes no admirável mundo novo dos veículos elétricos.
A Cummins Inc, empresa americana, apresentou no último IAA, em Hanover, uma série de novos motores a gás e – uma estreia da empresa – um motor de combustão interna movido a hidrogénio. Também está apostando em powertrains elétricos. Para adquirir a tecnologia necessária para isso, adquiriu a Siemens e a Meritor para seus sistemas de acionamento elétrico e a Hydrogenics para suas células de combustível. Estes estão agora agrupados em uma nova divisão chamada ‘Accelera’, que também será responsável pela fabricação de eletrolisadores para a produção de hidrogênio verde.
As instalações da Cummins Turbo Technologies em Huddersfield, Reino Unido, mostra o que tudo isso significa: que os turbocompressores da Cummins continuarão sendo absolutamente necessários para seus produtos de motores de combustão no futuro. Isso também significa que sua tecnologia turbo ganhará uma nova vida em seus sistemas de acionamento por célula de combustível. Como tal, a Cummins investiu US$ 25 milhões na fábrica de Huddersfield, expandindo suas capacidades de teste e reformando a instalação de produção.
Tudo isso depende muito, porém, de fatores externos. Desenvolvimentos recentes na política governamental na América do Norte e na Europa sugerem que a produção em escala de hidrogênio “verde” está a caminho. Só no Reino Unido, há dois grandes projetos de produção de hidrogênio em andamento e mais quinze em perspectiva. Isso foi dito aos delegados em uma conferência recente em Londres, ‘Hydrogen for Life’, realizada entre 14 e 15 de junho no Museu da Ciência. Os palestrantes incluíram representantes da Cummins e da Bosch, e ambas as empresas tiveram estandes promocionais destacando suas respectivas contribuições para uma florescente “economia do hidrogênio”. O clima na conferência era otimista. No entanto, a aplicação do hidrogênio como combustível para transporte foi um pouco marginalizada. Um orador admitiu que a batalha entre as baterias e o hidrogénio nos segmentos dos automóveis de passageiros e das carrinhas ligeiras “já terminou”, com as primeiras a vencer. Se o hidrogénio tiver um papel na descarbonização do transporte rodoviário, será nos veículos mais pesados: o camião de longo curso e o autocarro, bem como nas máquinas agrícolas e de construção. Este é o nicho no qual os produtos de hidrogênio da Cummins têm potencial para prosperar.
‘Projeto Trident’ e-turbo
A história do projeto e fabricação de turbocompressores em Huddersfield remonta a 1952, com a incorporação da ‘Holset Engineering Co’. A empresa foi comprada pela Cummins em 1973 e, em 2006, foi renomeada como Cummins Turbo Technologies – embora seus turbocompressores ainda tenham o nome Holset. Desde então, a Cummins colocou a subsidiária para trabalhar para tornar seus produtos mais eficientes em termos de combustível para garantir a conformidade com a regulamentação de emissões cada vez mais rigorosa. Desde 2013, os engenheiros da Huddersfield alcançaram uma melhoria de 12% na eficiência da wastegate, a válvula que controla o fluxo de gases de escape para a turbina. Além disso, a eficiência do turbocompressor de geometria variável da Cummins – que altera a proporção efetiva para otimizar o desempenho em condições operacionais variáveis – foi aprimorada em 9% no mesmo período.
A futura regulamentação de emissões continua sendo o foco principal da pesquisa e desenvolvimento da Cummins. As pessoas em Huddersfield disseram que a aquisição da Jacobs Vehicle Systems, especialista em freio motor da Cummins, no ano passado, está ajudando consideravelmente sua P&D. Reunir vários aspectos do projeto e desenvolvimento do motor sob o mesmo teto permite que os engenheiros da Cummins adotem uma abordagem de engenharia mais holística ou baseada em sistemas para o problema da redução de emissões. Mas também há outros focos, como gerenciamento térmico, melhor uso de “energia de pulso”, desenvolvimento baseado em ciclo de trabalho e capacidade independente de combustível.
O último foco está relacionado ao assunto do hidrogênio. Os engenheiros de Huddersfield estão trabalhando em protótipos turbo que funcionarão efetivamente com o motor a hidrogênio com ignição por faísca atualmente em desenvolvimento. Eles estão trabalhando com parceiros no ‘Projeto Brunel’, que é financiado pelo Advanced Propulsion Center (APC).2 Três mil horas de teste já foram concluídas. Até agora, a Cummins Turbo Technologies está descobrindo que pode precisar de um turbocompressor maior para levar o motor a hidrogênio aos mesmos níveis de desempenho de um equivalente a diesel. Turbocompressores para futuros veículos de combustão de hidrogênio podem favorecer um projeto de geometria fixa e uma configuração de turbo duplo. Além disso, eles podem usar compressores acionados por motor para substituir parte da recirculação dos gases de escape.
Ao mesmo tempo, os engenheiros da Huddersfield estão trabalhando em tecnologias turbo para veículos elétricos com célula de combustível. A otimização do suprimento de ar em um sistema de acionamento por célula de combustível pode trazer benefícios semelhantes aos de um turbocompressor em um motor convencional: maior potência, maior densidade de potência e maior eficiência do sistema. Uma forma de atingir esses resultados é empregar um compressor elétrico; para uma pilha de célula de combustível de 250 kW, seria necessário um compressor de 70 kW. No entanto, a Cummins Turbo Technologies está pensando em substituir o compressor por um e-turbo de 45 kW. Com um e-turbo, existe o potencial de recuperar até 30% da energia residual, enquanto até 40% do trabalho necessário do compressor pode ser recuperado pela turbina (equivalente a 25 kW adicionais ao motor de 45 kW) . A empresa acredita que pode alcançar uma melhoria de 8% na eficiência de combustível em um sistema de célula de combustível convencional com e-compressor. Suas hipóteses são objeto de outro projeto, também financiado pela APC – o “Projeto Trident” de GBP20m.
A florescente economia do hidrogênio no Reino Unido
Enquanto os engenheiros da Huddersfield trabalham em tecnologias turbo para transmissões movidas a hidrogênio, a empresa-mãe está fazendo planos para estabelecer uma cadeia de valor de hidrogênio para o transporte rodoviário, compreendendo a produção de combustível e powertrains completos para veículos pesados. A Cummins pretende começar a produzir motores a hidrogênio em escala até 2027. Quanto aos sistemas de acionamento por célula de combustível, embora já estejam sendo produzidos em volumes baixos, não será até o final da década que a Cummins iniciará a produção em massa.
Os delegados da conferência Hydrogen for Life foram informados de que o Reino Unido já está dando grandes passos para estabelecer a produção de hidrogênio verde em escala. Dois grandes projetos – o projeto de hidrogênio Teeside no nordeste da Inglaterra e ‘HyNet’ no noroeste – já estão em andamento. Mas houve alertas de que o governo poderia não conseguir os fundos necessários para financiar projetos de hidrogênio em andamento e futuros. Neste momento, o Parlamento está a debater se os investimentos na economia do hidrogénio devem ou não ser pagos em parte pelo contribuinte, através de uma taxa sobre as contas domésticas de energia. Os participantes da conferência estavam naturalmente ansiosos para ver o máximo de dinheiro possível investido na expansão do hidrogênio, o mais rápido possível. A meta do governo do Reino Unido é de 10 GW de produção de hidrogênio – dos quais metade deve ser eletrolítico – até 2030.
Alexey Ustinov, vice-presidente de eletrolisadores no negócio Accelera da Cummins, apontou para o exemplo dado pelos Estados Unidos, que está comprometendo fundos maciços para o hidrogênio por meio de sua Lei de Redução da Inflação. Ustinov chamou esse ato de “mudança de jogo” por seus créditos fiscais de até três dólares para cada quilo de hidrogênio verde produzido. Jaymes Mackay, diretor de estratégia de energia e mobilidade da KPMG, disse que o Reino Unido “perdeu doze meses” com os EUA, com a lei estimulando os investidores na economia do hidrogênio a mudar sua atenção do Reino Unido para os EUA.
O futuro parece brilhante para o negócio de hidrogênio da Cummins, seja o suporte vindo do Reino Unido ou de outro lugar. A Cummins Turbo Technologies enfatizou que a descarbonização é uma “oportunidade de crescimento” para o negócio, uma chance de desenvolver novos produtos para tratamento de ar e turboalimentação em células e motores a combustível de hidrogênio. No entanto, a Cummins precisará de governos no Reino Unido e no exterior para manter o maior número possível de opções na mesa. Isso significa que eles devem parar de legislar contra as tecnologias (ou seja, a favor da bateria elétrica) e começar a adotar opções de baixo carbono, como a combustão de hidrogênio, que usa muitos dos componentes e recursos técnicos já existentes em Huddersfield e em outros locais. Também significa investir dinheiro para aumentar a produção e distribuição de hidrogênio, para que as frotas tenham acesso imediato ao combustível. Como disse um palestrante da conferência, embora o ano passado tenha visto muito progresso no desenvolvimento de uma economia de hidrogênio no Reino Unido, o futuro dessa economia nunca pareceu tão precário.
Por Secco Comunicação
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