Οι κινητήρες υδρογόνου εξελίσσονται ως μια εναλλακτική λύση μηδενικών εκπομπών, συνδυάζοντας την τεχνολογία των παραδοσιακών κινητήρων με καύσιμο το υδρογόνο.
Η μετάβαση προς την κλιματικά ουδέτερη αυτοκίνηση δεν φαίνεται να βασίζεται αποκλειστικά στην ηλεκτροκίνηση. Εκτός από τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα και τα συστήματα κυψελών καυσίμου, οι κινητήρες εσωτερικής καύσης που λειτουργούν με υδρογόνο αναδεικνύονται ως μία ακόμη πιθανή λύση για μετακινήσεις με χαμηλές εκπομπές.
Το υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε σε κυψέλες καυσίμου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, είτε απευθείας ως καύσιμο σε κινητήρες εσωτερικής καύσης. Στη δεύτερη περίπτωση, η βασική αρχή λειτουργίας παραμένει παρόμοια με εκείνη ενός συμβατικού κινητήρα βενζίνης, με την καύση του υδρογόνου να παράγει ενέργεια για την κίνηση του αυτοκινήτου.
Το πλεονέκτημα αυτής της τεχνολογίας είναι ότι κατά την καύση υδρογόνου δεν παράγονται διοξείδιο του άνθρακα, μονοξείδιο του άνθρακα ή υδρογονάνθρακες. Ωστόσο, μπορεί να δημιουργηθούν οξείδια του αζώτου (NOx), τα οποία απαιτούν κατάλληλη ρύθμιση της καύσης και συστήματα επεξεργασίας καυσαερίων.
Για τη χρήση υδρογόνου σε έναν κινητήρα απαιτούνται επίσης αρκετές τεχνικές αλλαγές. Η καύση του υδρογόνου μπορεί να δημιουργήσει υψηλότερες πιέσεις στον θάλαμο καύσης, ενώ το καύσιμο αυτό μπορεί να επηρεάσει τη δομή ορισμένων μεταλλικών εξαρτημάτων, προκαλώντας το φαινόμενο της λεγόμενης «υδρογονο-ψαθυρότητας». Για τον λόγο αυτό χρησιμοποιούνται ειδικά κράματα μετάλλων και ενισχυμένα μηχανικά μέρη.
Ένα ερευνητικό παράδειγμα αυτής της τεχνολογίας είναι το λεγόμενο «H2 ICE Democar», ένα πρωτότυπο αυτοκίνητο που εξελίχθηκε από ερευνητικά ιδρύματα και εταιρείες τεχνολογίας. Η βάση του είναι ένα Ford Transit Custom PHEV, στο οποίο ο τρικύλινδρος κινητήρας βενζίνης 1,0 λίτρου προσαρμόστηκε ώστε να λειτουργεί με υδρογόνο.
Στο συγκεκριμένο σύστημα, ο κινητήρας δεν κινεί απευθείας τους τροχούς αλλά λειτουργεί ως γεννήτρια σε ένα σειριακό υβριδικό σύστημα. Με αυτόν τον τρόπο φορτίζει την μπαταρία υψηλής τάσης, ενώ ο ηλεκτροκινητήρας αναλαμβάνει την κίνηση του αυτοκινήτου.
Για να αντέξει τις απαιτήσεις της καύσης υδρογόνου, αρκετά εξαρτήματα του κινητήρα ενισχύθηκαν. Η στροφαλοφόρος, οι μπιέλες, τα έδρανα και τα έμβολα κατασκευάστηκαν από ισχυρότερα υλικά, ενώ τροποποιήθηκαν και οι βαλβίδες, οι έδρες βαλβίδων και το σύστημα ψεκασμού καυσίμου.
Παράλληλα, εγκαταστάθηκε ένα ενεργό σύστημα εξαερισμού του στροφαλοθαλάμου για την αποφυγή συσσώρευσης υδρογόνου, καθώς το αέριο είναι ιδιαίτερα εύφλεκτο. Επίσης χρησιμοποιούνται ειδικά μπουζί και πηνία ανάφλεξης σχεδιασμένα για τη λειτουργία με υδρογόνο.
Για τη μείωση των εκπομπών NOx, ο κινητήρας λειτουργεί με πολύ φτωχό μείγμα καυσίμου και αέρα, ενώ στο πρωτότυπο αυτοκίνητο χρησιμοποιούνται πολλαπλοί καταλύτες στο σύστημα εξαγωγής. Στο ερευνητικό μοντέλο τοποθετήθηκαν έως και πέντε καταλύτες ώστε να μελετηθεί η αποτελεσματικότητα διαφορετικών τεχνολογιών καθαρισμού καυσαερίων.
Η τεχνολογία των κινητήρων υδρογόνου θεωρείται ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα για βαριά οχήματα, φορτηγά και μηχανήματα έργων, όπου οι ανάγκες αυτονομίας και φόρτωσης είναι μεγαλύτερες. Σε αυτές τις εφαρμογές, η χρήση υδρογόνου μπορεί να προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις μεγάλες και βαριές μπαταρίες.
Η γενική κατεύθυνση της βιομηχανίας δείχνει ότι το μέλλον των μετακινήσεων πιθανότατα θα βασιστεί σε έναν συνδυασμό τεχνολογιών. Εκτός από την ηλεκτροκίνηση, το υδρογόνο και τα συνθετικά καύσιμα εξετάζονται ως συμπληρωματικές λύσεις για τη μείωση των εκπομπών CO2 στις μεταφορές.
