Saat ini, pembangunan dengan tema hijau dan rendah karbon telah menjadi konsensus global. Sektor transportasi merupakan medan pertempuran penting untuk mewujudkan strategi "dual-karbon", dan industri mesin pembakaran internal memainkan peran penting dalam proses ini.
Penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar untuk mesin pembakaran internal telah menjadi salah satu jalur penting bagi industri untuk menerapkan tujuan "karbon ganda", dengan prospek penerapan yang luas di masa depan.
Dengan mesin pembakaran internal hidrogen memiliki tiga keunggulan utama:
Pertama, sistem industri mesin pembakaran internal yang ada sekarang dapat tetap digunakan untuk pengembangan, dan sebagian besar suku cadang dan komponen umum untuk produk yang kini sudah matang untuk mesin pembakaran internal yang sudah ada tetap dapat digunakan, hal ini dapat sangat mempersingkat siklus pengembangan dan membuat transformasi industri yang lebih menguntungkan.
Kedua, memiliki potensi untuk memenuhi peraturan emisi yang ketat dalam kasus perangkat efisiensi tinggi, dan sistem perawatan dapat dihilangkan atau disederhanakan, menghasilkan keuntungan biaya produk yang signifikan.
Ketiga, mode daya pembakaran tradisional dapat diadopsi, yang memiliki persyaratan kemurnian bahan bakar hidrogen yang lebih rendah dan kemampuan untuk beradaptasi bahan bakar yang baik.
Mematahkan Monopoli AS dan Jepang
Pada awal tahun ini Tiongkok mematahkan monopoli 50 tahun AS dan Jepang untuk  mesin berbahan bakar hidrogen, "mesin pembakaran internal hidrogen" terkuat Tiongkok telah berhasil dinyalakan. Dan efisiensi termalnya 45%, tidak takut dengan cuaca ekstrem. Akankah mesin jenis ini akan mengganti baterai litium dan mengubah pola kendaraan energi baru?
Keberhasilan pengapian mesin pembakaran internal hidrogen pertama BAIC (Beijing Automotive Group Co. Ltd.) merupakan langkah penting menuju realisasi mesin "nol karbon".
Mesin pembakaran internal hidrogen BAIC Group berhasil dinyalakan di laboratorium mesin pembakaran internal Universitas Teknologi Beijing.
Menurut berita, proyek tersebut dikembangkan bersama oleh BAIC Research Institute dan Beijing University of Technology. Hasilnya menunjukkan bahwa efisiensi termal prototipe telah melampaui 43% setelah pengapian pertama, dan dapat mencapai 45% setelah pengoptimalan, ini pencapaian level terdepan dalam negeri Tiongkok.
Mesin pembakaran internal hidrogen
Mesin pembakaran internal hidrogen ini bukanlah desain baru, melainkan modifikasi dari mesin berbahan bakar bensin tradisional. Prototipenya adalah mesin BAIC Magic Core 1.5T.
Parameter kinerja mesin asli adalah daya maksimum 138 kW, torsi maksimum 305 Nm, dan kebisingan hanya 57,5 desibel. Tidak takut dengan suhu dingin ekstrim -40 derajat celsiun dan suhu 50 derajat celsius. Â Mesin ini telah dilakukan lebih dari 40.000 jam pengujian skenario penuh, dengan efisiensi termal 39,2%.
Mesin ini telah memenangkan gelar sepuluh mesin teratas Tiongkok, yang menunjukkan bahwa setelah mesin bensin diubah menjadi mesin pembakaran internal hidrogen, efisiensi termal bahkan meningkat secara signifikan.
Itu melonjak dari 39,2% menjadi 43%. Menurut indikator ini, efisiensi mesin pembakaran internal hidrogen ini sangat tinggi, dan apresiasinya mendekati level mesin diesel.
Di bidang tenaga energi hidrogen, produk platform bus sel bahan bakar domestik pertama yang dikembangkan oleh Beiqi Foton, Universitas Tsinghua dan SinoHytec telah menyelesaikan pekerjaan jaminan layanan di Olimpiade Musim Dingin Beijing 2022.
Dan untuk pertama kalinya, rantai industri bus sel bahan bakar dalam negeri Tiongkok dengan hak kekayaan intelektual independen telah terbentuk. Teknologi ini telah melampaui teknologi kunci dari desain mesin bahan bakar fuel cell pelat grafit berdaya tinggi.
Kepadatan daya tumpukan (density) pelat grafit adalah yang pertama di Tiongkok yang mencapai 2,22 liter, dan telah memelopori start pada hawa dingin dan teknologi manajemen komprehensif di lingkungan yang sangat dingin, membentuk rangkaian lengkap produk bus bahan bakar fuel cell 8m-12m.
Keberhasilan pengapian mesin pembakaran internal hidrogen pertama merupakan pencapaian penting setelah BAIC Group merilis rencana Weilan (BLUE Plan) pada Juni tahun ini.
Pada tanggal 15 Juni, BAIC Group mengadakan konferensi pers online untuk "BLUE Weilan Plan", mengumumkan bahwa mereka akan terus mempromosikan energi baru yang komprehensif dan jaringan cerdas, serta menciptakan serangkaian produk ramah lingkungan dan rendah karbon untuk mobil penumpang dan kendaraan komersial pada tahun 2050, mereka akan mencapai puncak karbon, dan pada tahun 2050 akan mencapai dekarbonisasi penuh produk dan netralitas karbon dalam operasi.
Untuk tujuan ini, Grup BAIC akan fokus pada empat tindakan utama: produk pengurangan karbon, teknologi pengurangan karbon, manufaktur pengurangan karbon, dan ekologi rendah karbon, dan selanjutnya mempromosikan penerapan tujuan "karbon ganda".
Direncanakan untuk mencapai target penjualan 3 juta unit pada akhir tahun 2025, termasuk 1 juta kendaraan energi baru.
Dalam rencana ini, BAIC Group akan menyelesaikan transisi kendaraan niaga dari platform minyak ke listrik ke platform baru, mempercepat proses elektrifikasi sistem tenaga, mempercepat peluncuran produk hybrid, mempromosikan penerapan mesin berefisiensi tinggi, dan menyelesaikan penelitian dan pengembangan platform baru untuk kendaraan komersial tugas berat berbahan bakar hidrogen.
Dalam hal teknologi, ini akan mempromosikan penerapan baterai daya solid-state dan teknologi pemanasan cepat baterai, dan membangun tiga platform: HEV hibrida motor ganda, REEV jarak jauh, dan RE-HEV hibrida jarak jauh. setiap platform akan mencapai tingkat penghematan bahan bakar 30%. .
Mempromosikan teknologi bahan ramah lingkungan dan daur ulang yang ringan pada tahun 2025, proporsi penerapan bahan ramah lingkungan akan mencapai 5%, dan pada tahun 2028, proporsi penerapan bahan ramah lingkungan akan mencapai 8%.
Pada saat yang sama, BAIC Group juga berencana membangun satu atau dua pabrik nol karbon pada tahun 2025, dan menyelesaikan penggantian semua peralatan berefisiensi tinggi pada akhir tahun 2030.
Pengalaman BAICÂ
Menurut keterangan BAIC, memodifikasi mesin ini tidak sedikit, yang pertama adalah mengatasi masalah penggetasan(menjadi getas) hidrogen logam, penggetasan hidrogen disebut wabah logam.
Sederhananya, hidrogen menembus ke dalam logam dalam keadaan berupa atom dan bergabung menjadi molekul di dalam logam bagian dalam, menyebabkan logam itu menjadi kehilangan ketangguhannya dan menjadi rapuh. Baja yang terkorosi oleh hidrogen dan menjadi rapuh sering kali pecah saat dilipat, ini  fenomena fisika, jika batang baja berkekuatan tinggi setebal jari terkorosi oleh hidrogen, seringkali akan patah saat jatuh ke tanah.
Beberapa bagian kecil akan retak bahkan tanpa kita menyentuhnya, jadi jika kita ingin membuat mesin pembakaran internal hidrogen, cara mengatasi penggetasan hidrogen adalah masalah teknis terbesar.
Saat ini, BMW Jerman dan Toyota Jepang yang memainkan rute mesin pembakaran internal hidrogen di dunia, serta Cummins dari AS merupakan hegemoni mesin diesel dunia.
Namun bagaimana mereka mengatasi masalah penggetasan hidrogen, kita umumnya belum mengetahui rahasia teknologi ini untuk saat ini.
Selain BAIC Group di Tiongkok, pada 5 September 2021, mesin hidrogen pertama yang dikembangkan secara mandiri oleh GAC Technology berhasil dinyalakan, dan juga berlandaskan pada mesin berbahan dasar bensin yang dibangun kembali.
Mesin GAC secara resmi menyatakan bahwa target efisiensi termal diharapkan melebihi 44%, mencapai level terdepan domestik Tiongkok, dan tampaknya tidak jauh berbeda dengan BAIC.
Selain itu, pabrikan mesin skala besar dalam negeri Tiongkok ternama, seperti FAW Jiefang, Weichai, Yuchai, Changcheng dan banyak perusahaan lainnya juga telah mengumumkan keberhasilan pengembangan produk mesin pembakaran internal hidrogen.
Namun, saat ini, mesin pembakaran internal hidrogen dari berbagai perusahaan masih dalam pekerjaan lanjutan seperti kalibrasi termodinamika dan adaptasi power pack, dan masih ada jalan panjang sebelum dipasang dalam kendaraan.
Banyak orang akan bertanya. Ketika kita mendengar tentang kendaraan energi hidrogen, hal pertama yang kita berpikir itu adalah kendaraan bahan bakar fuel cell hidrogen. Dibandingkan dengan mesin pembakaran internal hidrogen, kendaraan bahan bakar fuel cell hidrogen tampak lebih modern, lebih maju, dan lebih scientific.
Tetapi mengapa banyak perusahaan masih belum mau melepaskan pada penelitian dan pengembangan mesin pembakaran internal hidrogen?
Mungkin inilah alasanya untuk tetap berjalan dengan banyak kaki. Karena  komponen inti dari kendaraan bahan bakar fuel cell hidrogen, masih dapat terus menghasilkan listrik selama diisi dengan hidrogen.
Namun, teknologi bahan bakar fuel cell hidrogen tampaknya masih jauh dari matang saat ini, dari segi harapan hidup, baterai lithium pun lebih kuat darinya, sehingga teknologi bahan bakar fuel cell hidrogen masih sangat sulit untuk digunakan.
Selain itu, esensi kendaraan bahan bakar fuel cell hidrogen adalah kendaraan listrik murni + bahan bakar fuel cell hidrogen, sehingga masalah teknis baterai lithium yang saat ini sulit diatasi oleh kendaraan listrik juga ada pada kendaraan bahan bakar fuel cell hidrogen.
Saat ini mesin bakar hidrogen menjadi jalur teknis lain yang bisa dicoba, apalagi dimodifikasi dari mesin bensin, yang lain seperti kopling, girboks, reduksi, dan diferensial semuanya masih bisa digunakan dalam kendaraan berbahan bakar hidrogen.
Untuk perusahaan, mungkin biayanya bisa diturunkan, tetapi kontroversial apakah gas buang dari mesin pembakaran internal hidrogen benar-benar nol emisi.
Lagi pula, pengoperasian mesin pembakaran internal tidak dapat dipisahkan dari pelumasan dan perlindungan oli mesin, dan lapisan oli yang ditinggalkan oleh oli mesin di dalam silinder juga akan menguap, menjadi arang, dan menjadi karbon di bawah suhu hidrogen yang tinggi, jadi akan ada penguapan minyak dalam gas buang, sebagai produk setelah pembakaran tidak dapat dihindari. Meski jumlahnya kecil tapi masih signifikan.
CEO Honda Toshihiro Sanbe pernah mengkritik mesin pembakaran internal hidrogen yang mengatakan sulit untuk menjadi arus utama.
Tentunya mengganti bahan bakar dengan listrik dan bahan bakar dengan hidrogen pasti akan menjadi tema utama evolusi mobil masa depan.
Tapi saat ini, berbagai teknologi maju dicoba untuk dikembangkan pada saat yang sama, dan bukan hal yang buruk untuk mencoba segala macam kemungkinan. Dalam hal energi hidrogen, apakah itu bahan bakar fuel cell hidrogen* atau mesin pembakaran internal hidrogen, bagaimana cara aman, menghasilkan, menyimpan, mengangkut, dan mengisi bahan bakar hidrogen secara efisien dan hemat biaya pembangunan fasilitas pendukung dasar seperti stasiun pengisian merupakan hambatan terbesar untuk rute hidrogen.
*Bahan bakar fuel cell hidrogen dapat memberikan jawaban tanpa polusi dan efisiensi tinggi untuk sebagian besar masalah polusi udara dan pemanasan global kita.
Bahan bakar fuel cell hidrogen adalah perangkat pembangkit listrik elektrokimia yang menggabungkan bahan bakar hidrogen, dengan oksigen dari udara, untuk menghasilkan listrik, dengan air dan panas sebagai satu-satunya produk sampingan.
Sejarah Perkembangan Mesin Pembakaran Internal Hidrogen
Sejarah penemuan mesin pembakaran internal hidrogen dapat ditarik ke tahun 1807, ketika Isaac de Rivatsya dari Swiss membuat mesin pembakaran internal hidrogen batang horizontal pertama.
Penelitian untuk mesin hidrogen di Tiongkok dimulai pada awal 1980. Beberapa universitas dalam negeri Tiongkok dan lembaga penelitian ilmiah melakukan penelitian eksperimental pada mesin pembakaran internal berbahan bakar hidrogen dan mesin pembakaran internal berbahan bakar ganda berbahan bakar hidrogen.
Pada 18 Juni 2007, mesin pembakaran internal hidrogen dengan efisiensi tinggi dan rendah emisi pertama yang dikembangkan secara independen oleh Tiongkok berhasil dinyalakan di Chongqing Changan Automobile Group. Mesin pembakaran internal hidrogen dengan efisiensi tinggi dan rendah emisi adalah satu-satunya bahan bakar hidrogen utama proyek yang disetujui oleh Program 863 Nasional*.
*Rencana 863 adalah rencana penelitian dan pengembangan teknologi tinggi nasional Tiongkok, yaitu rencana pengembangan teknologi tinggi yang diusulkan dan disetujui oleh RRT pada Maret 1986. Latar belakang sejarahnya adalah tahun 1983 (tahun Presiden AS Ronald Reagan mengusulkan rencana Star Wars).
Pengapian yang sukses menandai terobosan dalam teknologi penelitian mesin pembakaran internal hidrogen Tiongkok, yang meletakkan dasar bagi industri mesin pembakaran internal hidrogen.
Prinsip mesin pembakaran internal hidrogen tidak rumit, yaitu menggunakan bahan bakar hidrogen untuk melepaskan energi kimia dari gas reaksi secara selektif, dan kemudian menyelesaikan transformasi energi kimia menjadi energi mekanik melalui ekspansi gas untuk melakukan pekerjaan.
Proses kerja ini persis sama dengan mesin pembakaran internal bensin atau diesel biasa, dan struktur mesin pembakaran internal yang ada juga sepenuhnya konsisten, juga menyelesaikan konversi energi kimia menjadi energi mekanik sesuai dengan empat langkah hisap, kompresi, kerja, dan pembuangan. Hanya saja mesin pembakaran internal hidrogen bahan bakar di dalamnya adalah hidrogen.
Mesin pembakaran internal hidrogen ditemukan sangat awal, mengapa menghilang begitu lama? Nyatanya, ketika ditemukan pada akhir abad ke-19, persiapan, bagaimana peyimpanannya, Â teknologi penyimpanan, dan teknologi lainnya masih belum matang.
Dibanding dengan bensin, yang lebih mudah diangkut dan dibawa daripada hidrogen, dapat dikatakan lebih unggul dalam penggunaan, dan kondisi sejumlah besar cadangan minyak ditambah dengan teknologi penambangan dan pemurnian menjadi semakin matang. Â Inilah mengapa mesin pembakaran internal hidrogen gagal menjadi arus utama saat itu.
Pada Agustus tahun lalu, Kementerian Perindustrian dan Teknologi Informasi Tiongkok memperjelas bahwa mesin pembakaran internal hidrogen harus dimasukkan dalam strategi pengembangan energi hidrogen untuk mendukungnya, dan merencanakan serta memikirkan penelitian standar terlebih dahulu sesuai dengan kemajuan teknologi dan promosi aplikasi mesin hidrogen.
Pada bulan Juni di tahun yang sama, FAW, GAC, Weichai, dan perusahaan lain semuanya merilis berita tentang keberhasilan penyalaan mesin bahan bakar hidrogen yang dikembangkan sendiri
Tidak hanya itu, perusahaan mobil Eropa, Amerika, Jepang, dan Korea juga terus mencadangkan teknologi di bidang ini untuk mengembangkan model yang sesuai, dan seluruh teknologi mesin pembakaran internal hidrogen menjadi semakin matang.
Di mata pakar industri, sebagai dua arah pengembangan kendaraan energi hidrogen, mesin pembakaran internal hidrogen dan teknologi bahan bakar fuel cell hidrogen tidak bertentangan.
Keduanya memiliki prospek pengembangan yang luas di bidang kendaraan komersial, namun pada saat yang sama, keduanya menghadapi banyak tantangan seperti biaya tinggi, kekurangan fasilitas pendukung, desain tingkat atas yang kurang sempurna, dan rantai industri yang lemah.
Saat ini, optimalisasi biaya pembelian, pengoperasian, dan bahkan seluruh siklus hidup kendaraan adalah kunci pengembangan cepat kendaraan komersial energi hidrogen.
Namun, penyimpanan dan transportasi hidrogen, produksi hidrogen, masalah keamanan injeksi hidrogen, dan tingginya biaya pembangunan stasiun pengisian bahan bakar hidrogen semuanya menjadi hambatan untuk promosi kendaraan bahan bakar fuel cell hidrogen dan lokomotif pembakaran internal hidrogen.
Khusus untuk kendaraan bahan bakar fuel cell hidrogen, biaya sistem penyimpanan baterai hidrogen saja mencapai lebih dari 60% dari keseluruhan kendaraan.
Jika biaya penyimpanan, stasiun pengisian bahan bakar hidrogen, dan biaya transportasi hidrogen tidak dapat ditekan ke kisaran harga yang sesuai, akan sulit untuk melakukan promosi besar-besaran untuk mesin tesebut.
Di bawah latar belakang penghijauan energi global saat ini, rute listrik yang berbeda ada baiknya dikembangkan berbagai bidang dan skenario, secara bertahap menghadirkan pola pasar yang beraneka ragam.
Mesin pembakaran internal hidrogen, sebagai rute teknis yang layak yang dapat menggantikan energi fosil tradisional, menjadi teknologi yang menarik minat pengembangan dan penelitian serta banyak menjadi perhatian.
Sumber: Media TV dan Tulisan Luar Negeri
http://www.solidstatelion.com/
https://auto.cctv.com/2022/06/16/ARTI4OQginYxa2PYQt3niepc220616.shtml
https://m.qctt.cn/news/1280074
https://www.chfca.ca/fuel-cells-hydrogen/about-fuel-cells/
Baca konten-konten menarik Kompasiana langsung dari smartphone kamu. Follow channel WhatsApp Kompasiana sekarang di sini: https://whatsapp.com/channel/0029VaYjYaL4Spk7WflFYJ2H
