Motor a hidrogénio da AVL Racetech com injeção de água desafia os automóveis elétricos

Um fornecedor do automobilismo apresentou um motor de combustão que funciona maioritariamente a hidrogénio e recorre à injeção deliberada de água na câmara de combustão. A proposta promete não só uma resposta vigorosa, como também um funcionamento praticamente neutro para o clima. No setor, levanta uma questão incómoda: terão os construtores automóveis apostado cedo demais apenas no automóvel elétrico a bateria?

O que está realmente por trás do «motor a água»

Embora muitas manchetes falem num «motor que anda a água», esta designação não é rigorosa. Trata-se, na realidade, de um motor de combustão a hidrogénio que utiliza água apenas como elemento auxiliar. O seu desenvolvimento é da responsabilidade da AVL Racetech, a divisão dedicada à tecnologia de competição do gigante austríaco de propulsão AVL.

O motor debita cerca de 400 cv e atinge 6.500 rotações por minuto. Assim, posiciona-se ao nível de potentes motores a gasolina dos segmentos desportivo e de luxo, mas sem queimar gasolina nem gasóleo.

«O motor usa hidrogénio como combustível e recorre a água quente para controlar a combustão e aumentar a eficiência.»

À semelhança de um motor de combustão convencional, o hidrogénio entra nos cilindros e mistura-se ali com o ar. Em paralelo, o sistema injeta água quente. Esta combinação deverá resolver vários desafios técnicos que, até agora, têm limitado os motores exclusivamente a hidrogénio.

Como funciona a injeção de água

Pôr água num motor parece uma receita para uma avaria grave. No motor da AVL, porém, é precisamente o contrário que se pretende: os engenheiros introduzem de forma controlada pequenas quantidades de água aquecida, pulverizada finamente na câmara de combustão.

Maior controlo da combustão

O hidrogénio inflama-se com facilidade e tem tendência para pré-ignição e detonação. A injeção de água funciona como um regulador de temperatura dentro do cilindro:

• Redução da temperatura: ao evaporar, a água absorve calor e arrefece ligeiramente a câmara de combustão.
• Combustão mais uniforme: a chama propaga-se de forma mais controlada, com uma subida de pressão menos brusca.
• Proteção contra a detonação: desta forma, é possível suprimir em grande medida a autoignição descontrolada («detonação»).
• Maior taxa de compressão: o motor pode trabalhar com pressões mais elevadas, aumentando a eficiência.

O objetivo é obter um motor a hidrogénio capaz de funcionar de forma estável e eficiente mesmo a rotações e cargas elevadas, sem exigir ligas especiais muito dispendiosas ou limitações drásticas de potência.

O papel da turbobomba

O elemento central do conjunto é uma turbobomba avançada. A sua função é fornecer água e hidrogénio com quantidades e pressões rigorosamente doseadas. A conceção inspira-se em tecnologia espacial e de competição, mas foi pensada para um funcionamento prolongado num automóvel.

«A turbobomba transforma o motor a hidrogénio num conjunto de alto desempenho controlado com precisão, em vez de uma experiência laboratorial frágil.»

Segundo a AVL, o motor adapta-se a arquiteturas de propulsão já conhecidas: a caixa de velocidades, o veio de transmissão ou as transmissões permanecem semelhantes às dos veículos com motor de combustão, o que simplifica a integração em plataformas automóveis existentes.

Porque pode ser um tema sensível para a indústria automóvel

Há anos que a maior parte do investimento se dirige aos automóveis elétricos a bateria e aos motores elétricos. O hidrogénio era visto sobretudo como uma solução de nicho ou como combustível para camiões com célula de combustível. Um motor de combustão a hidrogénio potente e com eficiência utilizável põe essa visão em causa.

Uma oportunidade para construtores com experiência em motores de combustão

Os construtores tradicionais, com forte competência no desenvolvimento de motores, poderão beneficiar particularmente deste conceito. Muitos componentes, linhas de fabrico e todo o conhecimento relativo a pistões, cambotas e cabeças de motor poderiam continuar a ser utilizados - apenas o combustível mudaria.

Isto poderá traduzir-se em:

• custos de transição inferiores aos de uma conversão completa para plataformas exclusivamente elétricas;
• aproveitamento das cadeias de fornecimento já existentes;
• prazos de desenvolvimento mais curtos para novos modelos.

Sobretudo nos segmentos que exigem potência sustentada elevada - SUV pesados, veículos comerciais, pick-ups e automóveis desportivos - um motor a hidrogénio pode evidenciar as suas vantagens, pois as baterias depressa encontram limitações de peso e tempos de carregamento.

É uma ameaça para os automóveis elétricos a bateria?

A possibilidade de os automóveis a bateria perderem efetivamente quota de mercado depende de vários aspetos que ainda não podem ser avaliados de forma definitiva:

Mesmo que o motor convença do ponto de vista técnico, permanece uma questão decisiva: de onde vem o hidrogénio e quão limpo é realmente? Só o chamado hidrogénio «verde», produzido com eletricidade renovável, proporciona benefícios climáticos reais. Por enquanto, existe em quantidade insuficiente.

Antecedentes históricos e o que mudou agora

A ideia de queimar hidrogénio não é nova. Nos anos 2000, fabricantes como a BMW já desenvolveram motores capazes de usar gasolina ou hidrogénio líquido. Esses projetos foram abandonados porque os depósitos eram complexos, o consumo elevado e a infraestrutura praticamente inexistente.

A nova abordagem distingue-se sobretudo em três aspetos:

• Injeção de água: melhora a eficiência e permite cargas mais elevadas sem danificar o motor.
• Foco em aplicações desportivas e de competição: nestes contextos, a potência e o reabastecimento rápido têm mais peso do que a eficiência absoluta.
• Novas metas climáticas: os Estados procuram urgentemente vias adicionais para reduzir o CO₂ - e não apenas através de baterias.

Assim, torna-se mais plausível um cenário em que os motores a hidrogénio brilham sobretudo em funções de nicho: automobilismo, veículos pesados e, eventualmente, frotas de longa distância. Para o típico automóvel citadino compacto, o automóvel exclusivamente a bateria continuará previsivelmente a ser mais adequado.

O que ainda terá de ser testado

A própria AVL salienta que o motor continua em fase de desenvolvimento e testes. Os valores laboratoriais e os gráficos de banco de ensaio são impressionantes, mas dizem pouco sobre a durabilidade e os custos na utilização diária.

«Só os testes de longa duração em estrada e em competição exigente mostrarão se o motor a hidrogénio é mais do que um protótipo interessante.»

Entre as questões ainda em aberto encontram-se:

• Durante quanto tempo resistirão a turbobomba e o sistema de injeção em condições reais?
• Qual será o custo do conjunto face aos modernos motores turbo a gasolina e às motorizações elétricas?
• Com que segurança poderão os depósitos de hidrogénio ser integrados em veículos produzidos em massa?
• Quem investirá, em paralelo, numa rede densa de postos de abastecimento de hidrogénio?

Sem infraestrutura, até o melhor motor tem pouca utilidade. A criação de uma rede de abastecimento exige milhares de milhões de euros e enquadramentos políticos claros.

Conceitos e contexto: hidrogénio, eficiência e CO₂

À primeira vista, o hidrogénio parece uma solução milagrosa: quando é queimado ou utilizado numa célula de combustível, o resultado ideal é apenas água. Contudo, o balanço climático depende inteiramente da forma como é produzido.

Em termos gerais, distinguem-se:

• Hidrogénio cinzento: é obtido a partir de gás natural, libertando muito CO₂ durante a produção.
• Hidrogénio azul: também provém do gás natural, mas parte do CO₂ é capturada e armazenada.
• Hidrogénio verde: é produzido por eletrólise com eletricidade do vento, do sol ou da água - é mais favorável ao clima, mas dispendioso.

Só se o novo motor funcionar com hidrogénio verde reduzirá realmente as emissões de forma significativa. Caso contrário, o problema limita-se a passar do automóvel para a unidade de produção.

Há ainda outro fator: cada conversão de energia implica perdas de eficiência. Eletricidade para hidrogénio, transporte, compressão e combustão - em todas estas etapas perde-se percentagem de energia. Um automóvel a bateria utiliza a eletricidade de forma mais direta e é, por isso, claramente mais eficiente no papel. Em contrapartida, o motor a hidrogénio destaca-se pela autonomia, pelo tempo de abastecimento e pela possibilidade de continuar a tirar partido da tecnologia existente.

Como os condutores poderão beneficiar

Para quem conduz, um motor a hidrogénio pronto para produção em série seria, à partida, pouco espetacular - e esse seria precisamente o seu encanto. A experiência de condução seria semelhante à de um potente automóvel a gasolina: ruído do motor, mudanças de velocidade, manuais ou automáticas, paragens rápidas para abastecer e comandos familiares. Apenas o combustível seria diferente.

As vantagens concretas poderão incluir:

• percorrer longas distâncias com uma pausa de abastecimento de poucos minutos;
• quase ausência de emissões poluentes locais e, com hidrogénio verde, também quase nenhuma emissão de CO₂;
• ausência de ansiedade de autonomia no inverno, já que não existe química de bateria a arrefecer;
• maior atratividade para pessoas que ainda têm dificuldade em aderir à propulsão exclusivamente elétrica.

Por outro lado, há as perdas energéticas superiores ao longo de toda a cadeia e a dúvida sobre se existirá hidrogénio verde suficiente para os transportes, a indústria e o aquecimento. Muitos setores competem por este recurso limitado.

Será especialmente interessante perceber como os fabricantes integrarão o conceito nas suas estratégias. É possível que surja uma paisagem futura de propulsão com três pilares: automóveis a bateria para trajetos curtos e médios, hidrogénio para camiões e automóveis de elevada carga, e combustíveis sintéticos para o parque automóvel existente. O novo motor demonstra que o clássico motor de pistões ainda não está fora da corrida - mas o combustível no depósito poderá mudar de forma permanente.