Dengan mengoptimalkan kondisi pencampuran udara-bahan bakar untuk pembakaran amonia yang efisien, penelitian ini membawa kita lebih dekat ke kendaraan berbahan bakar amonia yang layak.
Penggunaan amonia sebagai bahan bakar mengatasi tantangan terkait penyimpanan dan pengangkutan hidrogen. Namun, amonia merupakan bahan bakar yang sulit dibakar secara efisien. Kini, para peneliti di Universitas Sophia telah meneliti kondisi bukaan lubang masuk yang menyebabkan aliran berputar di dalam mesin. Kondisi tersebut meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar untuk pembakaran yang lebih efisien. Temuan ini dapat membuka jalan bagi kendaraan berbahan bakar amonia, yang mendukung Tujuan Pembangunan Berkelanjutan PBB untuk energi bersih dan berkelanjutan.
Sementara sektor transportasi telah menyaksikan pergeseran dramatis ke arah kendaraan listrik (EV), gagasan untuk menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar yang bersih dan efisien untuk transportasi telah dieksplorasi selama beberapa dekade. Kendaraan ini mengeluarkan air saat pembakaran, dan karena kendaraan ini didasarkan pada produksi kendaraan bermesin yang sudah ada, kendaraan ini diharapkan memiliki jejak karbon manufaktur yang lebih rendah daripada EV. Namun, penyimpanan dan pengangkutan hidrogen memerlukan tekanan tinggi dan suhu rendah, yang merupakan proses yang boros energi. Untuk mengatasi hal ini, amonia telah dianggap sebagai pembawa hidrogen yang potensial untuk sel bahan bakar atau mesin pembakaran. Namun, amonia adalah bahan bakar yang sulit terbakar dan memerlukan pencampuran dengan bensin untuk pembakaran yang efisien.
Sejak 2019, Profesor Mitsuhisa Ichiyanagi dari Departemen Teknik dan Sains Terapan di Fakultas Sains dan Teknologi di Universitas Sophia , bersama dengan Emir Yilmaz dan Takashi Suzuki, juga dari Universitas Sophia, telah berupaya merancang mesin yang menggunakan amonia sebagai bahan bakar mandiri. Pekerjaan mereka berfokus pada kondisi bukaan lubang masuk yang meningkatkan pencampuran udara dengan bahan bakar di dalam silinder mesin untuk pembakaran yang lebih efisien. Dalam sebuah studi yang diterbitkan dalam jurnal Energies pada 17 Desember 2023, para peneliti menentukan kondisi bukaan lubang masuk yang akan menyebabkan kondisi aliran berputar di dalam silinder mesin.
“Aliran udara di dalam silinder sangat memengaruhi pembakaran dan emisi dengan memengaruhi fenomena pencampuran udara-bahan bakar,” kata Prof. Ichiyanagi. “Dengan tujuan hanya membakar amonia, pada dasarnya kami telah menyelidiki hubungan antara sistem pemasukan mesin dan aliran di dalam silinder.”
Aliran berputar mengacu pada pola campuran udara-bahan bakar yang seperti pusaran saat memasuki silinder mesin. Hal ini menguntungkan karena mendorong pencampuran udara dan bahan bakar yang lebih baik, menciptakan campuran yang lebih homogen, yang menghasilkan pembakaran yang lebih baik dan mengurangi emisi. Para peneliti melakukan penyelidikan mereka pada mesin diesel satu silinder optik dengan silinder kaca dan piston. Untuk pemasukan udara, mesin menggunakan port pemasukan tangensial dan heliks konvensional.
Untuk memvisualisasikan aliran udara di dalam mesin, para peneliti memasukkan partikel silika dengan diameter 4,65 µm sebagai pelacak selama langkah hisap dan memantau pergerakannya di dalam mesin dengan kamera CMOS berkecepatan tinggi. Udara yang masuk melalui port heliks berkembang menjadi pola berputar-putar, sementara udara dari port tangensial awalnya tidak menghasilkan struktur vortikal. Namun, ketika diarahkan ulang oleh dinding silinder, pada akhirnya menghasilkan struktur berputar-putar.
Dalam percobaan sebelumnya, para peneliti mengamati bahwa kecepatan aliran udara tetap relatif konstan di berbagai bukaan lubang heliks. Jadi, dengan membiarkan lubang heliks terbuka sepenuhnya, mereka memvariasikan bukaan lubang tangensial menjadi 0%, 25%, 50%, 75%, dan 100% untuk menentukan efeknya pada aliran masuk dan aliran dalam silinder selama langkah masuk dan langkah kompresi.
Para peneliti mencatat keberhasilan pembentukan aliran pusaran pada tahap awal langkah kompresi saat pembukaan port tangensial lebih dari 25%. Pembentukan aliran pusaran diamati berkorelasi dengan varians rendah energi kinetik turbulen selama langkah hisap dan varians rendah posisi pusat pusaran selama langkah kompresi. Pengamatan aliran pusaran dalam silinder membuka pintu menuju pembakaran amonia yang efisien di dalam mesin. Para peneliti bermaksud menerapkan temuan dari studi ini untuk menyelidiki karakteristik pembakaran campuran amonia-bensin atau hanya amonia di dalam mesin.
Permintaan litium yang sebagian besar didorong oleh kendaraan listrik diperkirakan akan melampaui 2,4 juta metrik ton pada tahun 2030-an, peningkatan signifikan dari 130.000 metrik ton yang diproduksi pada tahun 2022. Menurut Badan Energi Internasional, hal ini dapat menyebabkan potensi kekurangan litium paling cepat pada tahun 2025. Dalam situasi seperti itu, amonia muncul sebagai bahan bakar bersih alternatif yang menjanjikan.
Meskipun ada tantangan yang harus diatasi sebelum kendaraan berbahan bakar amonia menjadi kenyataan, penelitian ini menjanjikan pencapaian tujuan dekarbonisasi saat ini dan di masa mendatang. “Pengembangan kendaraan bermesin berbahan bakar amonia diharapkan tidak hanya mengurangi emisi karbon dioksida dari mesin tetapi juga berkontribusi dalam mewujudkan masyarakat energi hidrogen,” kata Prof. Ichiyanagi.
Leave a Reply