JCB werkt al een aantal jaren aan een twintigtons-rupsgraafmachine op waterstof die is uitgerust met brandstofceltechiek. Dat project liep goed. De machine werkt volgens JCB vergelijkbaar aan een gewone rupsgraafmachine en de techniek functioneert goed. “Dit prototype is volgens onze onderzoeks- en ontwikkelingsafdeling de beste machine ooit die we ontwierpen en bouwden”, zegt Tim Burnhope, hoofd innovatie bij JCB. Toch kondigde JCB op 14 februari aan te stoppen met dit project. “Uiteindelijk bleken de brandstofcellen te gevoelig”, stelt Burnhope “Zelfs in de tegenwoordig veel schonere omgeving van Londen zagen we de filters dichtslibben”, legt hij uit. Ook bleek de kostprijs erg hoog, is de machine ingewikkeld qua onderhoud en door de gevoeligheid van de brandstofcelmembranen volgens JCB niet bedrijfszeker genoeg.
Lord Bamford daagde zijn onderzoeks- en ontwikkelingsafdeling uit om van waterstof toch een succes te maken
Lord Bamford daagde zijn onderzoeks- en ontwikkelingsafdeling ruim zes maanden geleden nog een keer uit om van waterstof toch een succes te maken. Dat proces begonnen de ingenieurs met het bestuderen van 76 eerdere onderzoeken. Daaruit stelden ze heel concreet vier grote onderzoeksprojecten samen, waarmee ze besloten een waterstofmotor te gaan bouwen op basis van de eigen 4,8-liter-JCB Dieselmax. Een nieuw product vraagt immers om zijn eigen aanpak. Ryan Ballard, directeur engineering bij JCB, is helder over deze zet. “We gebruiken het onderblok van de 4,8-liter-JCB 448 Dieselmax en zetten daar een waterstof-cilinderkop op. In combinatie met een waterstofinjectiesysteem en een ontstekingssysteem geeft dat al de nieuwe waterstofmotor. Meer is het niet”, zegt hij. Hij voegt daaraan toe dat je dan het grote voordeel hebt dat de motor in te bouwen is in bestaande machines met een dieselmotor en zelfs naadloos past in JCB’s met die 448-krachtbron.
De fabrikant besloot een waterstofmotor te bouwen op basis van de eigen 4,8-liter-JCB Dieselmax
Zo eenvoudig als het hier staat, is het nu ook weer niet, zo leggen de ontwikkelaars op de persconferentie uit. De vier uitdagingen: inspuiten van waterstof, de luchtdruk, een turbo voor waterstof en de ontsteking. Een groot verschil met diesel is bijvoorbeeld de verbrandingstemperatuur. Die ligt bij waterstof veel lager. Ga je toch naar een hoge temperatuur, dan produceer je alsnog emissies. “Het is bij het gebruik van waterstof heel belangrijk dat je die op de juiste manier mengt met lucht”, vertelt Ryan Ballard, directeur engineering bij JCB, in aanloop naar de onthulling. JCB werkt met directe inspuiting via een commonrail-waterstofsysteem. Daarbij wordt waterstof met een druk van ongeveer twintig bar direct in de cilinderkop geïnjecteerd. Daarna moet de waterstof goed mengen met lucht. Daar zat een grote uitdaging, omdat de compressieverhouding van de waterstofmotor veel lager is dan die van de dieselmotor. JCB realiseerde dit door een nieuwe, extra sterke turbo te monteren. Ten opzichte van een dieselmotor voert deze een grotere hoeveelheid lucht aan, die op hoge snelheid gaat wervelen in de cilinderkop. Hierdoor mengt de waterstof zich goed met de lucht.
De nieuwe waterstofmotor is volgens JCB een combinatie van eenvoud en schoonheid
“Door ervoor te zorgen dat de mix veel lucht en weinig gas bevat, lukte het ons om een hoge efficiency te bereiken bij een lage temperatuur en een lage compressieverhouding”, zegt Burnhope. Bij de demonstraties legt hij uit dat wat de motor nog uitstoot zo minimaal is dat de huidige meetapparatuur van JCB het niet kan oppikken. Mocht het nodig zijn, dan kijkt de fabrikant nog naar een nabehandeling. Het gaat dan om de uitstoot van alle emissies die vallen onder de zero-emissiedoelen. “Al met al eenvoud en schoonheid ineen”, reflecteert Ballard met enige trots na de onthulling.
JCB claimt dat de motor qua onderhoud en gebruiksgemak is opgewassen tegen de dieselvariant
Op het demoterrein laat JCB de eerste machines zien die rijden en werken met de nieuwe viercilinder-waterstofmotor: een verreiker, een graaflaadmachine en een vrachtwagen. Die laatste, een 7,5-tons Mercedes-Benz, kreeg een waterstofmotor, omdat de techneuten wilden zien hoe dat zou werken. JCB claimt dat de motor qua onderhoud en gebruiksgemak is opgewassen tegen de dieselvariant. In gebruik reageert en presteert hij ook gelijkwaardig. Qua geluid kregen ze in de eerste reacties terug dat hij iets gemoedelijker klinkt dan een diesel.
Het grote voordeel zit hem echter in de waterstof met zijn hoge energiedichtheid. Hierdoor kun je er lang mee werken, terwijl tanken een fluitje van een cent is. Al in november toonde JCB een speciaal hiervoor ontworpen mobiel waterstof-afvulvoertuig. “We werken met het bekende cascade-afvulsysteem. Verder werken we met 350 bar. Daar werken vrachtwagens nu al mee en daar willen we op aansluiten”, zegt Ballard. Die korte afvultijd bij het afvullen met waterstof is voor JCB een belangrijk voordeel ten opzichte van elektrische oplossingen.
De fabrikant heeft vertrouwen in deze oplossing en daarom toont hij die nu al in dit vroege stadium
JCB zelf doet nog geen officiële uitspraken over het in productie gaan van de net onthulde waterstofmotor. Lee Harper, hoofd-engineer bij het merk, geeft echter aan kansen te zien om de motor eind 2023 klaar te hebben voor de markt. “JCB heeft vertrouwen in deze oplossing en daarom tonen we die nu al in dit vroege stadium hier op de fabriek en binnenkort op de Conexpo-beurs in Las Vegas”, zegt hij. Het gaat in eerste instantie om de waterstofvariant op basis van de bekende 81 kW (109 pk) sterke 4,8-liter-JCB 448-viercilinder met nagenoeg even veel vermogen, die het merk toonde in een verreiker en een graaflaadcombinatie. Na de viercilinder volgt de zescilinder.
JCB trekt zijn eigen plan en zette een route neer voor de productie van waterstof voor bouw- en landbouwmachines. Daarin volgt de Engelse machinefabrikant de lijn van de Verenigde Staten, Frankrijk en Duitsland, die allemaal flink investeren in de productie van waterstof. Heb je zon, dan kun je waterstof maken. Ook India, waar JCB een motorenfabriek heeft, hoort in dit rijtje thuis en dat is misschien wel de belangrijkste reden dat JCB doorpakt. In een compact land als Nederland kan elektriciteit werken, maar in een groot land als India, waar veel nog niet is, lijkt dit een brug te ver. Ook zijn ze daar niet bereid extra te betalen voor dure elektrische machines. Daarentegen hebben ze volop zonuren en daarmee de kans om waterstof te maken. De overheid zet daar dan ook op in. Zet hier een waterstofmachine bij die iets duurder is dan een diesel en je hebt een match.
Ook in Engeland willen ze aan de slag met de productie van waterstof, waarmee de 60 pond per kilo die ze daar recent nog betaalden voor Nederlandse waterstof op termijn verleden tijd moet zijn.
