Động cơ đốt trong chạy khí hydro liệu có khả thi?

Nhiên liệu hydro có tốc độ đốt cháy nhanh hơn xăng và nhờ đó có thể cải thiện khả năng phản hồi của động cơ đốt trong. Cho đến nay thì hydro vẫn đang gặp nhiều khó khăn trong việc thay thế xăng, dầu trong vận tải đường bộ.

Sử dụng pin nhiên liệu hydro để tạo ra năng lượng điện vẫn đang cho thấy tiềm năng lớn, nhưng việc sử dụng nó cho động cơ đốt trong thì đang có xu hướng giảm. Tuy nhiên, vẫn có một số nhà sản xuất hiện quan tâm đến công nghệ này, ví dụ như Toyota phát triển động cơ đua 3 xy lanh chạy bằng hydro từ GR Yaris và được sử dụng để cung cấp năng lượng cho chiếc Corolla Sport tham gia Fuji 24 Hours.

Mặc dù là một nhiên liệu sạch so với xăng hoặc dầu, hydro chỉ hoàn toàn không thải khí khi được chuyển đổi trong hệ thống pin nhiên liệu (để tạo ra điện). Khi bị đốt cháy trong động cơ đốt trong thì điều này không còn đúng. Mặc dù không tạo ra hydrocacbon (HC), cacbon monoxit (CO) và khí carbonic CO2, nhiên liệu hydro khi cháy lại tạo ra nitơ oxit (NOx). 78% không khí là khí nitơ, và trong quá trình cháy, nó bị oxy hóa để tạo ra các khí NOx độc hại. Tuy nhiên, mức độ độc hại phụ thuộc vào nhiệt độ cao trong buồng đốt. Đây là lý do vì sao động cơ hydro có thể chiếm lợi thế.

Phân tử hydro có cấu trúc đơn giản hơn so với xăng hoặc dầu, nhờ đó được hòa trộn và đốt cháy hoàn toàn trong dải AFR (tỷ lệ không khí - nhiên liệu) rộng hơn nhiều. Do đó, động cơ hydro có thể hoạt động tốt ở tình trạng hỗn hợp nhiên liệu rất nghèo (lean, tức thiếu nhiên liệu) và vẫn tạo ra mức NOx thấp hơn nhiều. Ngoài ra, lượng khí thải từ ống xả có thể được giảm thiểu tối đa bằng cách sử dụng các công nghệ thải khí hiện đại.

Tuy nhiên, để hoạt động tốt thì động cơ hydro cũng cần đáp ứng một số yêu cầu. So với nhiên liệu dạng lỏng, hydro có mật độ năng lượng cao nhưng lại "loãng" hơn, vì thế tạo ra ít năng lượng hơn khi được sử dụng trên loại động cơ phun xăng ở cửa nạp (port-injected). Công nghệ phun trực tiếp cùng với bộ tăng áp hình học biến thiên (variable-geometry turbocharger) có thể giải quyết vấn đề này và làm cho động cơ hydro trở nên khả thi hơn.

Thế nhưng được cái này lại mất cái kia. Động cơ hydro tăng áp phun nhiên liệu trực tiếp hiện đại có thể cho ra công suất cao hơn một động cơ xăng tương đương về dung tích bằng cách làm giàu (enrich) hòa khí, tuy nhiên mức NOx theo đó cũng tăng lên. Về bản chất, động cơ hydro cũng chỉ là một động cơ xăng được biến đổi với một số thành phần cứng hơn và hệ thống phun trực tiếp hydro. Bên cạnh đó, hydro có thể được lưu trữ trong bình khí nén ở áp suất lên đến 700 bar.

Với sự tương đồng với các công nghệ và kỹ thuật sản xuất hiện nay, động cơ chạy khí hydro có thể sẽ là bước đệm để xe hơi được điện hóa hoàn toàn.