Vätgas är ett av huvudspåren i omställningen från fossila förbränningssystem, men än så länge är forskningen kring vätgasen i sin linda.
Nu har forskare vid Chalmers med avancerade optiska mätningar fångat bränsleinsprutning med vätgas på film, i de första så kallade gas-jet-mätningarna med vätgas.
– Det är väldigt spännande att få vara med om den här omställningen. Vi ger oss in i en ny teknik där vi måste lära oss allt från grunden, säger Mats Andersson vid Institutionen för mekanik och maritima vetenskaper.
Precis som elektricitet kan vätgas användas för att transportera, lagra och tillhandahålla energi. Den stora potentialen har vätgas som energibärare i ett förnybart energisystem där den framställs från till exempel sol, vind eller vatten.
Än är forskningen kring vätgas som energibärare i ett väldigt tidigt stadium. På Chalmers pågår sedan ungefär två år forskning kring vätgas, då den första motorkörningen gjordes. Mats Andersson är docent vid Institutionen för mekanik och maritima vetenskaper, har mångårig erfarenhet av forskning kring förbränning, och har varit med sedan starten av Chalmers vätgasforskning.
– Vi har haft näsa för vad som har varit på gång, folk här på avdelningen har sett detta med vätgas komma, säger han. Vi satsade tidigt på det, och har fått stöd från institutionen att bygga upp vätgas-infrastrukturen i vårt lab.
Byggt upp infrastruktur
Tillsammans med sina kollegor har han bedrivit ett intensivt arbete med att bygga upp infrastruktur för att kunna göra så kallade spraymätningar av vätgas.
– Vi har jobbat i långt över ett år med att få i gång det här systemet med vätgas i spraylabbet, och nu har vi fått allting på plats och fått det att fungera, säger Mats Andersson.
Det de har lyckats göra är att med hjälp av avancerade optiska mätningar fånga bränsleinsprutning med vätgas på film, och se hur vätgasen sprider sig i en kammare.
Att arbeta med vätgas innebär ett antal olika utmaningar. Vätgas är extremt explosivt och lättantändligt, så säkerheten kring experimenten är rigorös. Vätgas är dessutom osynligt, något som förstås försvårar när man som Chalmersforskarna jobbar med optiska mätningar. I experimenten skickar forskarna därför in parallellt ljus i den trycksatta instrumentkammare där vätgasinsprutningen sker.
100000 bilder i sekunden
– Det parallella ljuset fokuseras på ett rakblad, och vi filmar en del av det med en videokamera som tar 100 000 bilder i sekunden. Vid insprutningen av vätgas uppstår en hägringseffekt, som när det är varmt ute eller när man står bakom en motor – det dallrar i luften, säger Mats Andersson.
På det sättet kan forskarna se hur vätgasen sprider sig i instrumentkammaren.
Med hjälp av filmerna hoppas Mats Andersson och hans kollegor kunna arbeta sig närma sig svar på ett antal frågor kring vätgasen. Det rör saker som hur bränslet fördelar sig inne i kammaren, om luft dras in i vätgasstrålen och hur homogent blandat det blir. När de har de uppgifterna kan de börja kalibrera mängden, och räkna om till bränslekoncentrationer – blir blandningen brännbar? Är det för mycket bränsle? För lite? Hinner bränslet blanda sig ordentligt?
Tänder vätgasen med laser
– När vi har lärt oss mer om hur insprutningen ser ut så kommer vi även att försöka att tända det hela. I en motor använder man till exempel tändstift till det, men vi använder en laser som skapar en gnista. Den gnistan kan vi flytta runt på olika ställen inne i kammaren, och ser var det tänder och hur bra det brinner.
Mats Andersson menar att det i dag är vätgasintresset som håller i gång forskningen om förbränningsmotorer – när han är på konferenser så är det fullsatta föreläsningar när det handlar om vätgasforskningen – och att Chalmers nu ligger i startgroparna för att börja göra världsledande forskning inom området.
– Det vi gör är att kombinera grundforskning och tillämpad forskning, säger han. Vi har avancerade optik- och laseruppställningar, utrustning som har byggts upp under 20 år för vår sprayforskning och som vi nu ställer om till att titta på vätgas. Och vi har duktiga ingenjörer som håller i gång det här, för det är ett mastigt projekt. Vi kan dessutom modifiera vår utrustning, som munstycken och kamrar, och få tillgång till avancerade vätgasinjektorer med hjälp av de kontakter vi har med näringslivet.
Han tror att vi kommer att kunna se prototypfordon drivna av vätgas ute på vägarna inom några år. Därefter återstår att se när det blir kommersiellt.
– Det ska till vätgasproduktion, distributionsnät, och dessutom förstås fordon som kan använda det – det är något av en "hönan eller ägget"-situation. Vår del på Chalmers är att se till att svensk industri kan tillhandahålla konkurrenskraftiga fordon för de här tillämpningarna, och via våra nära företagssamarbeten kring vätgasen bidrar vi med kunskap som går rakt in till våra samarbetspartners produktutveckling.
- Docent, Energiomvandling och framdrivningssystem, Mekanik och maritima vetenskaper