Jak działa samochód na wodór?

Ogniwa paliwowe wytwarzają prąd elektryczny jako bezpośredni efekt reakcji paliwa z tlenem z powietrza, bez tłoków, cylindrów i innych elementów ruchowych. Najwydajniejszym paliwem dla ogniw jest czysty wodór. Podobne rozwiązanie stosuje się w silnikach rakietowych, w których następuje spalanie tego pierwiastka w temperaturze blisko 3 000 st. C. Różnica polega na tym, że w ogniwie paliwowym utlenianie zachodzi na zimno, dzięki obecności katalizatora.

* ILE WART JEST TWÓJ SAMOCHÓD? MOŻESZ SIĘ ŁATWO PRZEKONAĆ *
Wydawać by się mogło, że taki napęd jeszcze na długo pozostanie domeną pojazdów studyjnych. Tymczasem na rynku jest już dostępny seryjny samochód osobowy zasilany ogniwami paliwowymi – Toyota Mirai (jap. „przyszłość”). Powstał on jako rozwinięcie zaprezentowanego w 2013 r. koncepcyjnego modelu FCV. Choć zewnętrznie oba auta są podobne, to Mirai posiada wiele udoskonaleń, które poprawiły osiągi. W konstrukcji zespołu napędowego wykorzystano szereg produkowanych wielkoseryjnie elementów pochodzących z hybrydowego napędu Toyota Hybrid Synergy Drive, co korzystnie wpłynęło na niezawodność oraz obniżenie kosztów produkcji.

Mirai jest 4-drzwiowym sedanem o wielkości porównywalnej z Toyotą Camry. Napęd przenoszony na przednią oś zapewnia silnik elektryczny o mocy 154 KM, zapewniający moment obrotowy 335 Nm. Z jednostek Hybrid Synergy Drive wzięto również sterujący silnikiem elektroniczny układ PCU. Przy niewielkim zapotrzebowaniu na moc prąd jest dostarczany z akumulatora niklowo-metalowo-wodorkowego o pojemności 1,6 kWh. Magazynuje on też energię odzyskiwaną podczas hamowania rekuperacyjnego. Przy większych prędkościach energię elektryczną wytwarza zestaw ogniw paliwowych.

Użyty w Mirai zestaw ogniw paliwowych z elektrolitem polimerowym to zupełnie nowa konstrukcja. Inżynierom Toyoty udało się osiągnąć rekordową gęstość mocy wynoszącą 3,1 kW/dm sześc. Dla poprawy wydajności systemu między zestawem ogniw paliwowych a sterownikiem mocy zainstalowano elektroniczny przekształtnik, którego zadaniem jest podwyższanie napięcia do 650 V. Jego użycie umożliwiło zmniejszenie liczby ogniw paliwowych i ograniczenie masy całego systemu. W chwilach największego zapotrzebowania na moc, czyli podczas gwałtownego przyspieszania, ogniwa paliwowe wspomagane są przez akumulator. Zestaw ogniw paliwowych waży 56 kg i ma objętość 37 dm sześc., dzięki czemu udało się go umieścić pod podłogą pojazdu, tak by nie ograniczał przestrzeni użytkowej nadwozia.

Konsekwencją zastosowania wodorowego paliwa jest absolutna czystość gazów wydechowych – to po prostu para wodna. Wodór może być przy tym paliwem całkowicie odnawialnym – sceptycy powiedzą, że do jego uzyskania np. poprzez elektrolizę wody potrzebny jest prąd wytwarzany przez elektrownie, ale może on pochodzić z elektrowni wodnych, wiatrowych bądź słonecznych. Wodór można produkować także kilkoma innymi metodami, co rozwiązuje problem dywersyfikacji źródeł energii. Inne ekologiczne aspekty Mirai to mniejsze obciążenie środowiska przez czynności eksploatacyjne – nie trzeba zmieniać oleju silnikowego i pasków klinowych a hamowanie rekuperacyjne zmniejsza zużycie okładzin hamulcowych. Inną zaletą jest doskonała cisza, jaką zapewnia napęd elektryczny i bezgłośna praca ogniw paliwowych.

Elektryczny napęd może rozpędzić Mirai do prędkości maksymalnej 178 km/h, a zawarty w zbiornikach wodór umożliwia przejechanie na jednym tankowaniu 480 km (przy tankowaniu na stacjach nowej generacji nawet 700 km). Uzupełnienie paliwa trwa trzy minuty. Samochód ten można już kupić w Japonii, zaś lada moment trafi na rynek amerykański. Rozpoczęcie sprzedaży w Europie ma nastąpić we wrześniu, początkowo w Wielkiej Brytanii, Danii i Niemczech (przewidywana cena netto na rynku niemieckim to ok. 60 000 euro), a później również w innych krajach, w miarę rozwoju infrastruktury tankowania wodoru.

Źródło: Toyota

ll/moto.wp.pl