Świat motoryzacji zmienia się w oka mgnieniu, ale chyba nikt nie ma już wątpliwości, że napęd elektryczny jest przyszłością samochodów osobowych. Choć wyparcie aut spalinowych na rzecz elektryków zbliża się nieubłaganie, nie oznacza to, że jesteśmy skazani na wielogodzinne sesje ładowania i ograniczone zasięgi. Samochody na wodór to jedna z dróg, która może zaprowadzić przemysł do bezemisyjnej przyszłości, a Toyota kroczy tą ścieżką dłużej niż się wydaje. Dlaczego samochody wodorowe mają szansę zrewolucjonizować motoryzację, jak działają i co przemawia za zastosowaniem tej technologii?
Dlaczego Toyota postawiła na technologię wodorową?
Samochody na wodór kontra samochody elektryczne. Taki spór towarzyszy nam od niedawna, ale już zdążył podzielić entuzjastów motoryzacji na dwa obozy. Podziały nie są tu potrzebne, zwłaszcza, że auto na wodór (FCEV) to w praktyce… auto elektryczne z własną elektrownią na pokładzie. Co sprawiło, że pojazdy na wodór stały się szczególnym obszarem zainteresowania japońskiego koncernu? Są one sensowną alternatywą dla bateryjnych aut elektrycznych (BEV) w których magazynowanie energii w akumulatorze wiąże się najczęściej z długimi postojami pod ładowarką i ograniczonym zasięgiem. Auta na wodór można bowiem zatankować w kilka minut i pomknąć w dalszą trasę z zasięgiem kilkuset kilometrów. Zarówno BEV-y jak i FCEV-y mają wiele podobieństw, a jednym ze wspólnych mianowników jest potrzeba rozwoju infrastruktury, która umożliwi wygodne podróże na większe odległości. Podobnie jak w przypadku hybryd, Toyota wciela się w rolę innowatora po to, by eksplorować nowe możliwości i badać praktyczne zastosowanie nowej technologii. Zresztą, historia wodorowego napędu w Toyocie jest znacznie dłuższa niż się wydaje! Nie każdy bowiem wie, że Toyota zaprezentowała pierwszy prototyp elektrycznego auta wodorowego już w… 1992 roku! Pomysł nie jest więc wcale nowy, choć jego realizacja wygląda dziś zgoła inaczej. Wszystko zaczęło się w latach 90. XX wieku i parady w Osace, podczas której światło dzienne ujrzała Toyota RAV4 w wersji napędzanej ogniwami paliwowymi. Auto na wodór zostało zaprezentowane również w 1996 roku obok hybrydy i bateryjnego elektryka. Gdy rok później do produkcji wchodziła Toyota Prius pierwszej generacji, Japończycy pracowali już nad kolejnymi prototypami auta wodorowego – wszystko po to, by równolegle rozwijać różne rodzaje napędu.
Dowiedz się więcej o technologii wodorowej od Toyoty >>> https://www.toyota.pl/elektromobilnosc/technologia-wodorowa
Jak działa napęd wodorowy w samochodach Toyoty?
Od pierwszych prototypów bazujących na RAV4 i Highlanderze do oferowanej dziś Toyoty Mirai minęło wiele lat. Zasada działania auta napędu wodorowego pozostaje jednak niezmienna. Auto na wodór to w praktyce samochód elektryczny, który energię do zasilania napędu czerpie z własnej elektrowni wodorowej. Ogniwa paliwowe wytwarzają prąd w reakcji wodoru i tlenu. Energia powstaje na zasadzie odwróconej elektrolizy wody, czyli procesu, który chemikom jest dobrze znany od początku XIX. wieku. Przepływ elektronów podczas reakcji chemicznej wytwarza energię elektryczną, która trafia do akumulatora lub w razie potrzeby – napędza silnik umieszczony na tylnej osi pojazdu.
Brzmi jak skomplikowany system? Ogniwa paliwowe to zaawansowana, choć znana od lat technologia. Układ napędowy Toyoty Mirai został z kolei złożony z dobrze znanych klocków, które od lat stosowane są w modelach koncernu. Mamy tu np. silnik elektryczny z Lexusa UX 300e, baterię trakcyjną z hybrydowego Lexusa LS czy jednostkę sterującą z inwerterem i konwerterem znaną z Priusa 4. generacji. Aż 80% komponentów napędu na ogniwa paliwowe nowy Mirai dzieli z hybrydami. Auta wodorowe nie takie skomplikowane, jak je malują!
Zalety samochodów na wodór od Toyoty
Jakie są plusy wożenia małej elektrowni na pokładzie auta? Przede wszystkim, samochody na wodór poruszają się bezemisyjnie, a jedynym „produktem ubocznym” powstającą w wyniku reakcji chemicznej tlenu z wodorem jest czysta woda. Z „rury wydechowej” wodorowej Toyoty wydobywa się wyłącznie H2O – zdatne, choć niezalecane do picia. Brak minerałów sprawia, że taka woda nadaje się co najwyżej do żelazka.
Auta wodorowe typu FCEV, czyli takie jak Toyota Mirai oferują również wrażenia z jazdy typowe dla aut elektrycznych. Natychmiastowa reakcja na gaz, wzorowa elastyczność, dobre osiągi – wszystko to można zaliczyć do zalet wodorowych aut Toyoty. W tym przypadku nie musimy również ponosić „kosztu” tych walorów w postaci długiego ładowania baterii czy zasięgu nieprzekraczającego 300-400 km. Główna zaleta wodorowego napędu to możliwość zatankowania pojazdu w czasie zbliżonym do tego, który znamy z aut spalinowych. Kilka minut postoju i możemy ruszać w dalszą drogę. Zbiorniki wodoru mieszczą 5,6 kg gazu, co pozwala na przejechanie około 650 km wg WLTP. W październiku 2021 roku produkcyjna Toyota Mirai ustanowiła nowy rekord Guinnessa zasięgu, pokonując aż 1360 km na jednym tankowaniu.
Ciekawostką jest również fakt, że Mirai nie tylko nie generuje zanieczyszczeń podczas jazdy, ale i… oczyszcza powietrze! Auto na wodór Toyoty wykorzystuje filtry chemiczne, które oczyszczają powietrze ze szkodliwych substancji wyemitowanych przez inne pojazdy. Innowacyjny filtr katalityczny z włókniny wychwytuje mikroskopijne cząsteczki, w tym dwutlenek siarki (SO2), tlenki azotu (NOx) i cząstki stałe PM 2.5. Rozwiązanie to usuwa od 90 do 100% zanieczyszczeń o średnicy od 0 do 2,5 mikrona z powietrza przelatującego przez system ogniw paliwowych.
Toyota Mirai – pionierski model samochodu na wodór
Wiemy już, że Toyota Mirai oczyszcza powietrze, ma własną elektrownię na pokładzie i sporo podzespołów z hybrydowych Toyot, ale jakim tak właściwie jest samochodem? To auto, które garściami czerpie z klasy wyższej i bazuje na flagowej limuzynie Lexusa, zbudowanej według architektury TNGA. Prestiżowy sedan ma napęd na tylną oś, nisko poprowadzoną linię dachu i dynamiczną sylwetkę. Jego 182-konny silnik elektryczny pozwala osiągnąć 100 km/h w czasie 9 sekund, a moment obrotowy 300 Nm sprawia, że wodorowa Toyota błyskawicznie rusza z miejsca. Wrażenia z jazdy dodatkowo poprawiają wielowahaczowe zawieszenie z przodu i z tyłu oraz sportowe hamulce z wentylowanymi tarczami. Względem poprzednika (obecnie oferowana jest druga generacja modelu), Toyota Mirai różni się niemal wszystkim, oczywiście nie licząc idei, która przyświecała jego konstrukcji.
Czym Mirai różni się od innych aut wodorowych? Przede wszystkim zasięgiem i efektywnością napędu. Nic dziwnego – w końcu czerpie z wieloletniego doświadczenia w tworzeniu aut hybrydowych. Mamy więc efektywny system odzyskiwania energii podczas hamowania i podzespoły, które sprawdziły się w produkcyjnych modelach na przestrzeni ostatnich lat. Mirai został zaprojektowany od początku jako auto na wodór i choć dzieli wiele elementów z innymi modelami koncernu, wszystkie „wodorowe” podzespoły zostały tu optymalnie rozłożone.
Bezpieczeństwo i wydajność samochodów na wodór Toyoty
Czy wodór jest bezpieczny? To pytanie pojawia się za każdym razem, gdy mowa o autach z ogniwami paliwowymi. Najczęściej występujący pierwiastek na ziemi jest nietoksyczny, nie powoduje chorób, nie zanieczyszcza wody i nie zapala się samoczynnie. Paliwo idealne? Takich oczywiście nie ma, bo choć wodór można produkować bez śladu węglowego, jest to na tę chwilę dość kosztowne i wymaga sporo energii.
Lżejszy od powietrza wodór jest przechowywany w zbiornikach pod ogromnym ciśnieniem i właśnie to budzi obawy sceptyków. Nie ma się czego bać! Specjalnie opracowane przez Toyotę zbiorniki są jednak zbudowane z materiałów kompozytowych i gotowe na ciśnienie ponad 2,25 raza większe niż wymagane przy maksymalnym napełnieniu. Zbiorniki zostały poddane wymagającym, zróżnicowanym testom, w ramach których strzelano nawet do nich z broni palnej, a każdy z komponentów został przetestowany przez niemiecki instytut TUV. Auta na wodór, takie jak Toyota Mirai są opracowane z bardzo szerokim marginesem bezpieczeństwa. Kabina pasażerska jest oddzielona od zbiorników, dlatego w razie ich (mało prawdopodobnego) mechanicznego uszkodzenia wodór ulotni się do atmosfery specjalnie zaprojektowanymi ścieżkami.
Warto wspomnieć również o tym, że bezpieczeństwo samochodów na wodór nie jest przedmiotem wyłącznie teoretycznych rozważań. Toyota opracowała bowiem autobusy z ogniwami paliwowymi, które wożą pasażerów w europejskich i japońskich miastach i spełniają przy tym najbardziej wyśrubowane standardy w zakresie bezpieczeństwa.
Samochody na wodór vs. elektryczne – perspektywa Toyoty
Samochody wodorowe czy samochody elektryczne? Który z napędów alternatywnych ostatecznie wygra i przejmie schedę po autach spalinowych? Na to pytanie nie da się chyba odpowiedzieć jednoznacznie, a przynajmniej nie na obecnym etapie rozwoju obu rodzajów napędów. Jakie są zalety i wady poszczególnych rozwiązań?
Wodorowe auta punktują przede wszystkim pod względem wygody użytkowania. W przeciwieństwie do bateryjnych elektryków, jakie znamy, nie ma tu mowy o długim ładowaniu, przymusowych postojach co 200-300 km ani wożeniu ciężkich akumulatorów na pokładzie. Auto na wodór jest lżejsze i czysto teoretycznie pozwala na większą swobodę, bo w kwestii uzupełniania paliwa przypomina samochody spalinowe.
Jakie wyzwania stoją przed pionierami wodorowego napędu? Na tę chwilę produkcja wodoru jest procesem stosunkowo energochłonnym i kosztownym. Choć sam napęd jest wybitnie efektywny, a wodór ma wysoką wartość energetyczną, jego ekologiczne i opłacalne pozyskiwanie wymaga dalszych badań. Choć w wielu krajach stacje wodorowe nie są rzadkim widokiem, infrastruktura tankowanie aut na wodór wciąż nie pozwala w pełni swobodnie użytkować takiego auta. Ładowanie auta elektrycznego jest w końcu możliwe w domowym garażu, a uzupełnienie wodoru może się obywać tylko w specjalnych punktach.
Ekologiczne skutki używania samochodów na wodór
Bezemisyjny napęd, auto które oczyszcza powietrze, czysta woda kapiąca z „wydechu” – brzmi wspaniale, prawda? Wyzwania dotyczące ekologicznej, energooszczędnej produkcji tego paliwa są obecnie oczkiem w głowie inżynierów, którzy pracują nad rozwojem technologii wodorowych. Z drugiej strony – przykład miejskich autobusów zasilanych wodorem pokazuje, że w wielu miejscach na świecie już teraz jest to ekologiczna, przyjazna dla środowiska alternatywa. Potencjał zastosowania ogniw paliwowych jest ogromny, również w transporcie i zasilaniu ciężkich maszyn – wszędzie tam, gdzie baterie byłyby zbyt ciężkie, a ładowanie zbyt długie, wodór może sprawdzić się doskonale.
Artykuł sponsorowany.
