Wodorowa Toyota Mirai – pierwsza jazda

Latem 2000 roku do portu w Rotterdamie została dostarczona Toyota Prius, która trafiła na rynek jako pierwszy samochód hybrydowy w Europie. Słowo „Prius” znaczy „pierwszy” – wątpliwej urody model już 15 lat temu zwiastował nową erę w motoryzacji. Dziś następuje kolejny etap w tym rozwoju, wraz z debiutem w Europie Toyoty Mirai (tłum.: „przyszłość”), wykorzystującej wodór jako paliwo. To przyjazne środowisku źródło energii, które można pozyskiwać z wielu materiałów, m.in. odpadów komunalnych i rolniczych czy gazu ziemnego. Można go także pozyskiwać z wody, w tym poprzez wykorzystanie energii odnawialnej, pochodzącej z elektrowni słonecznych lub wiatrowych.

Trzy lata temu rozpoczęła się oficjalna sprzedaż Toyoty Mirai – auto co kilka miesięcy debiutuje na kolejnych rynkach. Dziś jest dostępne w 5 krajach (Japonii, Stanach Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii, Niemczech i Danii), a do końca tego roku trafi do trzech kolejnych (Norwegii, Szwecji i Holandii). Pierwsze takie modele zostały w kwietniu zarejestrowane w Polsce. Auta otrzymały czasowe tablice homologacyjne i testowane są pod kątem procedury tankowania wodoru oraz użyteczności tego typu aut podczas codziennego użytkowania na polskich drogach. Również nam dano możliwość jazdy Toyotą Mirai.

Samochody, jakimi jeździliśmy, otrzymały tablice od Instytutu Transportu Samochodowego, który zajmuje się między innymi realizacją w Polsce projektu HIT-2-Corridors. W jego ramach powstaje europejska sieć stacji tankowania wodoru, która umożliwi podróż samochodami napędzanymi wodorem po całym kontynencie. Podczas kilkudniowego pobytu w Polsce dwie Toyoty Mirai korzystały z mobilnej stacji wodoru udostępnionej przez firmę Linde. Pierwsze stacjonarne stacje tankowania wodoru powstaną w naszym kraju w ciągu kilkunastu najbliższych miesięcy. To otworzy drogę do rozpoczęcia sprzedaży wodorowej Toyoty.

Fakty i mity o samochodach na wodór – przeczytaj tu.

Ale jak to działa?
System opatentowany przez Toyotę składa się z zespołu ogniw paliwowych, wzmacniacza napięcia, oraz zbiorników sprężonego wodoru (szczegóły techniczne pod artykułem). Energia zasilająca silnik elektryczny, który napędza samochód na wodór, jest produkowana w ogniwach paliwowych zamontowanych wewnątrz auta. Innymi słowy, pobierany z baku wodór reaguje w ogniwach z tlenem, dając prąd służący do zasilania silnika elektrycznego. W ten sposób likwidujemy problemy znane z dotychczasowych aut elektrycznych – długi czas ładowania akumulatorów (bak Mirai tankujemy do pełna w czasie zaledwie 3 minut), zdecydowanie poprawiamy zasięg (od 500 do 700 km – według producenta) oraz zapewniamy taką samą jak w autach konwencjonalnych funkcjonalność (brak dodatkowych akumulatorów pozwala skorzystać z pełnowymiarowego bagażnika oraz przestronnego przedziału pasażerskiego). No i faktem jest też, że sprawność ogniw paliwowych jest znacznie wyższa niż silników spalinowych, a to oznacza oszczędność energii. I chyba wszystkich cieszy fakt, że Mirai nie emituje do atmosfery żadnych substancji oprócz wody – żadnych „spalin” tylko parę.

Mirai jest wyposażony w dwa zbiorniki przystosowane do magazynowania wodoru pod dużym ciśnieniem do 70 MPa (700 bar). Po sprężeniu pierwiastek ten ma większą gęstość energetyczną niż wykorzystywane dziś akumulatory.

W przedniej części pojazdu znajduje się silnik elektryczny, jednostka sterująca oraz dodatkowa przetwornica, która podnosząc napięcie z ogniw paliwowych, pozwoliła na zmniejszenie rozmiarów silnika elektrycznego i ograniczenie liczby ogniw.

Czy jest to napęd bezpieczyny? W razie niebezpieczeństwa dodatkowe czujniki wodoru wykrywają zagrożenie, zamykając główne zawory w zbiornikach. Zbiorniki wodoru i pozostałe elementy układu wodorowego są umieszczone poza kabiną, przez co w razie rozszczelnienia wodór z łatwością się rozprasza.

Jak prowadzi się auto na wodór?
To, że Mirai jest wyposażona we własną małą elektrownię, ma jedną wadę. Samochód ma masę 1850 kilogramów – ale nie panikujmy! Praktycznie taką samą masę ma przykładowo Lexus GS-F. Auto prowadzi się bardzo płynnie i pewnie, dzięki mocy 155 KM daje wystarczającą dynamikę (0 – 100 km/h w 9,6 s) przyspieszania, a dostępny w każdym zakresie obrotów maksymalny moment obrotowy pozwala nim bardzo pewnie wyprzedzać. Masę trochę czuć, zwłaszcza podczas hamowania, ale nie odbiega to wrażenie od tego, co dzieje się w hybrydach czy autach elektrycznych. Coś za coś. Jednak rozkład masy jest tu bardzo dobry – zgromadzenie wszystkich elementów napędu (ogniw paliwowych, akumulatorów i zbiorników wodoru) pod podłogą pojazdu wpłynęło na obniżenie środka ciężkości. Samochód nie ulega przechyłom na zakrętach, mimo sporej wysokości nadwozia. Napęd pracuje praktycznie bezszelestnie. Słychać jedynie szum opływającego nadwozie wiatru i szelest opon.

Jaka czeka nas przyszłość?
Samochody z napędem na ogniwa paliwowe są kolejnym po hybrydach krokiem milowym w rozwoju motoryzacji. Nie emitują dwutlenku węgla ani innych szkodliwych substancji, oferując komfort i parametry jazdy na tym samym poziomie, co dotychczasowe samochody wykorzystujące napęd spalinowy. Ogniwa paliwowe mają olbrzymi potencjał i mogą zrewolucjonizować motoryzację. W tym celu Toyota nieodpłatne udostępniła innym procudentom patenty opracowane przy rozwijaniu modelu Mirai oraz współpracuje z koncernami Honda i Nissan na rzecz przyspieszenia rozwoju sieci tankowania samochodów wodorowych.

Sukces samochodów napędzanych wodorem zależy nie tylko od wysiłków producentów w projektowaniu atrakcyjnych pojazdów, ale także od rozwoju sieci tankowania wodoru. Sprzedaż takich aut jak Mirai jest uzależniona od rozwoju infrastruktury do tankowania wodoru, polityki energetycznej państw, zachęty do zakupu pojazdów ekologicznych.

Jeśli chcemy zapewnić ludziom dostęp do własnych samochodów, najbardziej wszechstronnego środka transportu przez następne 100 lat, musimy wybrać taki sposób ich zasilania, który sprawdzi się w warunkach wyczerpujących się paliw kopalnych i wzrostu liczby ludności. Z pewnością w przyszłości różne alternatywne napędy będą ze sobą koegzystowały – samochody hybrydowe, hybrydy plug-in, pojazdy elektryczne i napędzane wodorowymi ogniwami paliwowymi (FCV). Który model zasilania będzie najbardziej popularny? Czas pokaże.

Dane techniczne Toyota Mirai
Źródło energii: wodorowe ogniwa paliwowe
Rodzaj ogniw: z elektrolitem polimerowym
Silnik elektryczny: ze stałym magnesem
Zbiorniki na wodór: 2 sztuki przystosowane do magazynowania sprężonego wodoru (70 MPa)
Cena: 66 000 Euro + VAT (Niemcy); 57 500 dolarów USA

Technikalia Toyoty Mirai (materiały prasowe)

Zespół ogniw paliwowych Toyoty
Zespół ogniw paliwowych osiąga maksymalną moc wyjściową 114 kW (155 KM). Sprawność wytwarzania energii elektrycznej została zwiększona przez zastosowanie drobnootworowych kanałów przepływowych 3D, zapewniających równomierne wytwarzanie energii elektrycznej na powierzchni ogniw, kompaktową konstrukcję, wysoką wydajność i doskonałą gęstość mocy na poziomie 3,1 kW/L (2,2 razy wyższą w porównaniu do poprzednich prototypowych konstrukcji Toyoty FCHV).

Ilość wody na membranach paliwowych ogniw elektrolitycznych ma istotny wpływ na wydajność wytwarzania energii elektrycznej. Kontrolowanie ilości wody odbywa się przy pomocy wewnętrznego układu cyrkulacyjnego do obiegu wody utworzonej podczas generowania energii elektrycznej. Oznacza to, że zespół ogniw paliwowych Toyoty jest rozwiązaniem unikalnym, dalece wyprzedzającym rozwiązania innych producentów, ponieważ nie wymaga stosowania specjalnych systemów nawilżających.

Wzmacniacz napięcia
W systemie został zastosowany nowy, kompaktowy i niezwykle wydajny wzmacniacz napięcia, dzięki któremu z ogniw paliwowych do silnika elektrycznego trafia napięcie 650 wolt. Większe napięcie w systemie pozwoliło na zmniejszenie rozmiarów silnika elektrycznego oraz liczby ogniw, przez co napęd pojazdu jest mniejszy, lżejszy i bardziej uzasadniony ekonomicznie w procesie produkcji.

Zbiorniki sprężonego wodoru
Zbiorniki mają trójwarstwową strukturę złożoną m.in. z włókna węglowego i wzmocnionego tworzywa, dzięki czemu są zdolne magazynować wodór sprężony do aż 70 MPa (70 megapaskali, czyli w przybliżeniu 700 barów). W porównaniu do poprzednich, prototypowych pojazdów wodorowych Toyoty (FCHV), pojemność zbiorników wzrosła o ok. 20%, podczas gdy spadły zarówno ich rozmiary jak i masa. Obecnie zbiorniki wodoru wykorzystywane przez Toyotę w modelu Mirai mają najwyższe na świecie procentowe stężenie wagowe (5,7 wt%, stan na listopad 2014 r.).