1987
+386 1 530 53 53
Je res mogoče v delovnih strojih in najbolj klenem terenskem pick-upu robustnost, vzdržljivost in navor motorja z notranjim zgorevanjem nadomestiti z vodikom oziroma čisto energijo iz gorivnih celic? Po odgovor smo odšli za volan enega od desetih izdelanih prototipov toyote hiluxa s pogonom na vodik ...
Preden zapeljemo v testni kamnolom specialista za težko mehanizacijo JCB v britanskem Wardlowu, je prav, da se vrnemo več kot tri desetletja nazaj v japonski Kyoto, kjer je Toyota začela s projektom pogona na vodik.
Prvi Toyotin eksperimentalni avto, s katerim so na gorivne celice prevozili uvodne kilometre nove tehnologije, je bil leta 1996 prototip RAV4 s pogonom na vodik. Največji razvojni preboj se je zgodil leta 2015, ko so predstavili svoj prvi serijski model z gorivnimi celicami - toyoto mirai. Mirai v japonščini pomeni prihodnost. S svojo prvo generacijo vodikovih gorivnih celic so že dokazali velik potencial tega energenta, zanesljivost in varnost tehnologije ter predvsem učinkovitost pogona. Svojega prvega avtomobilskega glasnika vodikove prihodnosti so sicer naredili v butični seriji 11.400 izdelanih avtomobilov, a so z njim podobno kot s hibridnim pionirjem priusom morda zagnali novo tehnološko zgodbo o uspehu. Pred štirimi leti se je na ceste pripeljala druga generacija izboljšanih gorivnih celic v novem, zmogljivejšem miraiju, ki je do danes z 11.700 prodanimi avtomobili že prehitel svojega predhodnika. Pogonski sklop aktualne generacije toyote mirai ima tudi že izboljšano energijsko gostoto celic, ki se je s 3,1 kilovata na liter prostornine gorivnih celic iz prve generacije že povzpela na 4,4 kW/l. Miraijev pogon so s prilagojenim sistemom hlajenja in večjo zalogo vodika - skupaj 7,8 kg - v treh kompozitnih visokotlačnih valjastih posodah s tlakom 700 barov namestili v prototip hiluxa FCEV z enojno podaljšano kabino, ki smo ga lahko preskusili kot edini slovenski medij.
Vodik kot gorivo za gorivne celice in ogenj v valjih
Zaradi fizikalnih specifičnosti vodika, ki je prvi in najlažji element v periodnem sistemu, razvoj zahteva dolgo tehnološko inkubacijsko dobo raziskav, ki bodo šele v bližnji prihodnosti v resnici pokazale, kaj pomeni tri desetletja razvoja vodikovih tehnologij. Toyotini inženirji so se pri tem najprej usmerili v razvoj gorivnih celic, kjer so iz kemične reakcije vodika in kisika dobili električno energijo za pogon koles, kasneje, po prehodu v novo tisočletje, pa so pričeli z razvojem vodikovih motorjev na notranje izgorevanje, kjer izkoriščajo visoko reaktivnost in kalorično vrednost vodika za posodobitev tehnologije neposrednega zgorevanja mešanice vodika in kisika v valjih. V zadnjih treh letih so pri Toyoti predstavili tudi tri modele z vodikovim motorjem: športnega GR yarisa H2, corollo H2 in dostavnika hiace H2.
Pri Toyoti so že predstavili tudi vodikove električne agregate na gorivne celice z močjo 88 kW oziroma 110 kWA z akumulatorskim hranilnikom zmogljivosti 44 kWh in delovno napetostjo od 230 do 400 V.
Tretja generacija gorivnih celic napoveduje razmah
Pri Toyoti so se obvezali, da bodo do leta 2040 sklenili krog popolne ogljične nevtralnosti pri zagotavljanju raznolike mobilnosti brez izključevanja. Pri tem bo imel poleg hibridnih in električnih pogonov ter sintetičnega goriva eno od ključnih vlog vodik - kot energent gorivnih celic in gorivo za motorje z notranjim zgorevanjem.
Čez dve leti bo Toyota predstavila že tretjo generacijo gorivnih celic, za katere napovedujejo najsodobnejšo tehnologijo, ki naj bi z daljšo življenjsko dobo in nižjimi stroški ter večjo energijsko gostoto v kompaktnejši oziroma lažji pogonski enoti postala primerna za kar najširši krog uporabe oziroma za množico različnih modelov. Nov sistem gorivnih celic naj bi doseg povečal za 20 odstotkov. Tako tehnični napredek kot povečan obseg izdelave naj bi pripomogla k zmanjšanju stroškov za več kot tretjino, kar naj bi to pogonsko tehnologijo naredilo dostopnejšo tudi za kupce. Z vodikom nameravajo pri Toyoti poskrbeti za pogon avtomobilov, specialnih vozil, terenskih avtov, avtobusov, tovornjakov in celo vlakov ter plovil. Leta 2026 naj bi hilux FCEV postal serijski avto, ob njem pa bodo predstavili še en avto, ki zaenkrat ostaja skrivnost.
45 milijard evrov evropskih naložb v razvoj vodikove infrastrukture
| Toyota napoveduje, da bo Evropa do leta 2030 zaradi večanja potreb po različnih oblikah mobilnosti in proizvodnje električne energije postala eden največjih svetovnih trgov za vodikove gorivne celice. Na to kažejo tudi vse večje naložbe in regulativni ukrepi, ki vključujejo 45 milijard evrov naložb v sklopu zelenega dogovora Evropske komisije do leta 2027 in 284 milijonov evrov s strani sklada EU za prometno infrastrukturo za postavitev vodikovih polnilnih postaj, kar predstavlja približno tretjino njihovega proračuna. Da je tudi Slovenija na zemljevidu evropske in Toyotine vodikove strategije je v daljšem pogovoru za Motorevijo v začetku letošnjega leta potrdil slovenski izvršni podpredsednik Toyota Europe Tom Fux. Več kot očitno je, da politično podprt električni načrt mobilnosti ne bo edina “prava” pot; poleg Toyote vodikov razvoj v smeri osebne in poslovne mobilnosti načrtno gradijo še BMW, Mercedes in Hyundai. |
Kako deluje gorivna celica?
| Toyotine gorivne celice uporabljajo tehnologijo PEM (Proton Exchange Membrane). Gorivna celica z membrano za izmenjavo protonov pretvori kemično energijo, ki se sprosti med elektrokemijsko reakcijo vodika in kisika, v električno energijo. Ne proizvaja nobenih emisij, razen vode in toplote. |
Popolno presenečenje: neslišen hilux z odločnim odrivom VIDEO
Pri Toyoti so nam pripravili zanimivo neposredno primerjavo klenega mehanskega dizelskega hiluxa z dvojno kabino z 2,8-litrskim D-4D dizelskim motorjem in prototipnega hiluxa FCEV.
Vozne lastnosti dizelsko gnanega hiluxa s priklopljivim mehanskim štirikolesnim pogonom pozna praktično cel svet. Od leta 1968 je Toyota v več kot 180 državah prodala več kot 21 milijonov teh robustnih tonskih poltovornjakov. Pri Motoreviji smo se večkrat prepričali, zakaj hilux uživa ugled neuničljivega klenega terenskega garača, ki mu je povsem vseeno, če pod kolesi zmanjka ceste. Dizelski hilux na še tako resnem terenu pomiri z robatim zvokom motorja in značilnim mehanskim sunkom pri vklopu reduktorja, ki da vedeti, da je stroj pripravljen na plezanje.
Nikoli si ne bi mislili, da se bomo s hiluxom kdaj po terenu vozili v tišini, brez zvočnih in mehanskih dražljajev in ob tem neizmerno uživali. Na široki sredinski konzoli nas je namesto zajetne ročice samodejnega menjalnika pričakala drobna ročica planetnega gonila iz toyote mirai, vpeta v surov industrijski pokrov iz umetne mase. Na vrhu armaturne plošče je bilo še veliko rdeče varnostno stikalo pogonskega sistema za izklop v sili. Po pritisku stikala za zagon se je v tišini na zaslonu merilnikov pojavil napis “ready.” Nobenega zvoka, nič tresljajev; avto je čvrst, izpod koles se sliši le kamenje. Malce odločneje pohodimo stopalko in se takoj nasmejimo; ker zadnji kolesi poganja elektrika, je dostava navora hipna in zato je tudi odzivnost odlična. Hilux je na grobem kolovozu kamnoloma presenetljivo lahkoten in lepo prestreže udarce s podlage.
Prva makadamska strmina odgovori na vprašanje, če je hilux na vodik dovolj močan za terensko delo: električni motor 134 kW moči in 300 Nm navora na kolesa dostavi bistveno bolj zvezno in hitreje kot dizelski motor. V nekaj sekundah že elegantno zdrsnemo čez ovinek, popravimo smer in ujamemo iskriv zadek. Hilux FCEV v tišini zelo odločno zdrvi v klanec. Terenske pnevmatike odrivajo grušč; Toyotin inštruktor nam zgolj v vednost pove, da avto še nima vklopljenega ABS zavornega sistema in sistema za nadzor zdrsa ter stabilnosti.
Takšnega hiluxa poganja kemična reakcija med dvema ključnima življenjskima elementoma, vodikom in kisikom. Stroj, zgrajen na klasični letvasti jekleni šasiji, v okolje spusti le vodo, ob tem pa ustreže (skoraj) vsem zahtevam voznika. Na takšnega hiluxa bi se hitro navadili, sploh ker je z energentom oskrbljen enako hitro kot njegov dizelski brat; 7,8 kg vodika, stisnjenega na 700 barov, v tri kompozitne hranilnike (vsak shrani 2,6 kg goriva) steče v treh do petih minutah. Toyotin inštruktor nam pove, da takšna zaloga vodika omogoča do 650 kilometrov dosega z enim polnjenjem.
Ključni izziv serijskega vodikovega hiluxa: vlečna moč
Prototipni hilux na gorivne celice še ni pravi hilux, kar priznavajo tudi Toyotini inženirji. Z vodikovim pogonom želijo ohraniti ključne lastnosti dizelskega hiluxa, a brez izpustov škodljivih snovi. V prvi fazi razvoja so temeljito preskusili robustnost gorivnih celic in hranilnikov vodika, maso prototipa pa so že izenačili z obstoječim serijskim hiluxom. V naslednji fazi jih čaka razvoj prilagodljivega električnega štirikolesnega pogoja in poseg v zasnovo avta, s katerim bodo posode z vodikom pomaknili globlje v letvasto šasijo in zagotovili ustrezno visoko oddaljenost od tal, ki je pri prototipu nižja za 12 cm. Glede na dejstvo, da Toyota pri razvoju električnega 4x4 pogona že sodeluje s Subarujem, smo prepričani, da bo hilux FCEV brez kardana, reduktorja in mehanskih zapor še vedno znal plezati in najti oprijem. Gorivne celice bodo še lažje in učinkovitejše, kar pomeni, da bo električna energija na kolesa prišla brez (pre)težkih pogonskih akumulatorjev.
Vsa visokotlačna napeljava in posode za vodik za več kot 600 kilometrov vožnje danes tehtajo dobrih 100 kilogramov, kar pomeni da bo nosilnost v serijskem avtu po zagotovilih inženirjev presegala 1000 kg.
Največji izziv bo zagotovo vlečna zmogljivost. Inženirji so nam odkrito povedali, da v tem trenutku še nimajo rešitve, ki bi hiluxu na gorivne celice omogočala vleko 3,5 tone težke prikolice. Ključna težava pri vleki je ustrezno odvajanje toplote pri nižjih hitrostih. Moči in navora je dovolj, pogon je dovolj robusten, a najti bodo morali ustrezno rešitev za hlajenje gorivnih celic in visokonapetostnega krmilnika ter pretvornika; trenutno ima hilux vlečno moč med 1,5 in dvema tonama.
V kamnolomu za težko mehanizacijo smo se že lahko prepričali, da bodo gorivne celice tudi v ekstremnem okolju lahko zagotovile večino tistega, kar danes zmore dizelski motor v hiluxu, le da bo takšen avto za seboj pustil le vodo iz izpuha in prah izpod koles. Dizel je v vodiku dobil ekološko alternativo in energetsko svobodo za mobilnost v najtežjih poklicih in izzivih sodobne mobilnosti. Pri Toyoti zagotovo ne bodo na kocko postavljali ugleda njihovega pregovorno neuničljivega terenskega stroja, zato se veselimo dneva, ko bomo sedli za volan serijskega in energetsko najbolj čistega hiluxa doslej.
Zeleni bager in vodikova črpalka na hitrem traktorju
Vodik je odličen energent za hranjenje energije, ki omogoča električni in “ognjeni” pogon z bistveno manj izgubami na račun nosilnosti v primerjavi s težkimi pogonskimi akumulatorji v električnih vozilih. To kot eno od ključnih prednosti izpostavljajo tudi pri britanskem zdelovalcu strojev JCB, kjer pravijo, da je električni pogon primeren le za manjše delovne stroje za naloge v urbanih okoljih. Pri velikih in tistih, ki delajo v najsurovejših okoljih velikih gradbišč, rudnikov, smetišč in odprtih kopov, pa bo vodik edina prava alternativa dobremu staremu dizlu. Pri JCB so zato na osnovi hitrega transportnega traktorja serije JCB fastrac razvili mobilno vodikovo črpalko za oskrbo delovišč.
V JCB kamnolomu smo na delu že lahko videli kombinirani bager in nakladalec, ki ju je poganjal 4-valjni vodikov turbo motor z notranjim izgorevanjem JCB 448 AB H2 z močjo 55 kW. Gre za popolnoma nov motor, razvit na osnovi dizelskega motorja serije JCB 448. Inženirji so nam razložili, da ponuja enak navor in učinkovitost kot dizelska različica tega motorja, so pa morali prilagoditi vbrizg, pretok zraka in razviti posebne svečke, ki z bistveno manjšo iskro kontrolirano vžigajo reaktivno zmes vodika in kisika. V primerjavi z avtomobili je tlak shranjenega vodika pri delovnih strojih precej nižji - od 250 od 350 barov.
