Innovative design and material solutions for robust hydrogen gas fuelled combustion engines

Bergen Engines utvikler og produserer høykvalitets medium-hastighets forbrenningsmotorer for maritime og landbaserte industrier. Med økende etterspørselen etter lavere utslipp og klimanøytrale løsninger har Bergen Engines nå som målsetning å utvikle en kommersiell forbrenningsmotor med 100% hydrogen som drivstoff. Nylig gjennomførte de en vellykket test med 30% voluminnblanding hydrogen. Ombygging av eksisterende naturgassmotorer til hydrogendrift er en viktig del av den kommersielle løsningen. Dette vil øke levetiden på eksisterende motorer og redusere kostandene ved overgangen fra fossilt brensel til fornybart drivstoff. Når eksisterende naturgassmotorer skal kjøre på hydrogen oppstår det flere utfordringer. Hydrogen er det minste og letteste elementet i universet. Det kan lett diffundere inn i et materiale og potensielt redusere de mekaniske egenskapene. Dette fenomenet kalles hydrogensprøhet. Hydrogensprøhet kan betydelig redusere duktiliteten og seigheten til et materiale, noe som gjør det mer utsatt for sprekkdannelser og brudd. Feil oppstår gjerne plutselig og uten forvarsel. Dette er en alvorlig utfordring for operasjonell sikkerhet, pålitelighet og kostnad. Riktig materialvalg og optimalisert design er derfor avgjørende for å sikre at motorene tåler langvarig eksponering for hydrogen, uten å kompromittere integriteten til kritiske komponenter. I dette prosjektet vil Bergen Engines samarbeide med SINTIF Industri og SINTEF Manufacturing for å undersøke hvordan integriteten til kritiske motorkomponenter påvirkes av hydrogen. Både laboratorietesting og fullskala motortesting vil bli gjennomført. Resultatene vil gjøre det mulig for Bergen Engines å optimalisere sitt materialvalg og motordesign til å tåle langvarig eksponering for hydrogen.

Hydrogen as a carbon-free fuel alternative is a key solution towards reaching zero carbon emission targets. Hydrogen powered engines are expected to play a key role in securing future energy supply upon reaching full decarbonization, and the marked demands an accelerated development of hydrogen fueled combustion engines. The introduction of hydrogen as a fuel is however expected to pose a number of challenges. Hydrogen degradation of material strength can significantly compromise the safety, durability, and economic operation of an otherwise high-performance engine. This is a major showstopper for hydrogen as a fuel, requiring immediate action. The IMAGINE project will develop a hydrogen gas fueled combustion engine tailored to withstand hydrogen degradation, ensuring material integrity and durability of critical components throughout the engine lifetime. The engine solution will be hydrogen ready, prepared for both hydrogen/natural gas blend operation and 100% hydrogen combustion, providing a seamless transition from fossil fuel to clean renewable fuel at low costs for the end users. The technology developed will enable retrofitting of already existing natural gas fueled combustion engines into hydrogen ready engines. The R&D challenges that will be addressed in this project includes: 1) Understand and quantify the degrading effect of hydrogen on critical engine components; 2) Safe material selection of the fuel supply system, able to withstand hydrogen degradation during design lifetime; 3) Safe material selection of the combustion system, able to withstand combined high temperature and hydrogen degradation during design lifetime; 4) Optimized engine design, tailored to endure high temperature and high pressure hydrogen exposure.