Technologia przyszłości na wyciągnięcie ręki. Dbaj o środowisko w nowoczesny sposób

Wodór to tanie i wydajne paliwo, które ma największą wartość opałową i ciepło spalania, przeliczając na masę. W reakcji wodoru z tlenem w ogniwach paliwowych powstaje prąd zasilający silnik elektryczny, a efektem ubocznym – zamiast spalin – jest czysta woda.

Problem smogu jest w tym roku szczególnie uciążliwy dla mieszkańców wielu polskich miast. W debacie publicznej szeroko omawia się metody zwalczania tego szkodliwego zjawiska. Zwiększenie liczby pojazdów hybrydowych i elektrycznych, które jeżdżą po naszych drogach, jest jednym z poruszanych w tym kontekście zagadnień.

Problem smogu jest złożony. Jak wynika z raportu Najwyższej Izby Kontroli „Ochrona powietrza przed zanieczyszczeniami”, w 2012 roku indywidualne ogrzewanie budynków odpowiadało w skali kraju za 91 proc. zanieczyszczeń. Jednak badanie pokazało, że w dużych miastach proporcje te układają się inaczej i znacznie większy udział w produkcji smogu mają spaliny samochodowe. Dla przykładu w Warszawie w badanym okresie komunikacja była odpowiedzialna za 63 proc. wszystkich zanieczyszczeń powietrza.

Najwięcej toksycznych substancji (rakotwórczych cząstek stałych PM oraz znacznych ilości tlenków azotu) emitują silniki Diesla. Coraz bardziej popularne na rynku samochody hybrydowe wydzielają do atmosfery znikome ilości tlenków azotu, znacznie mniej dwutlenku węgla i zupełnie nie generują cząstek stałych. Jednak napędy oparte na ogniwach paliwowych, zasilanych wodorem, nie emitują żadnych zanieczyszczeń, a produktem ubocznym procesów wytwarzania energii jest tutaj woda. Dlatego coraz częściej mówi się o technologii wodorowej w motoryzacji jako o technologii przyszłości.

Już we wrześniu ubiegłego roku minister energii, Krzysztof Tchórzewski, mówił o zachętach finansowych, dzięki którym w Polsce za 8 lat miałoby poruszać się po drogach milion pojazdów elektrycznych. Resort zapowiedział m.in. zerową stawkę VAT-u obejmującą tę grupę samochodów, likwidację akcyzy, dopłaty do zakupu pierwszych 100 tys. pojazdów. 17 lutego 2017 roku obwieścił też, że 3 marca zostanie ogłoszony konkurs na projekt karoserii małego, miejskiego samochodu elektrycznego, którego akumulator pozwalałby na przejechanie 250 km bez konieczności jego ładowania. To kolejne pomysły resortu przyjmowane w ramach ogłoszonego w ubiegłym roku planu rozwoju elektromobilności oraz infrastruktury paliw alternatywnych.
Do zwiększenia udziału pojazdów elektrycznych, tym razem w skali globalnej, od lat dąży również japoński koncern Toyota. Prace na udoskonaleniem technologii wodorowych ogniw paliwowych są efektem szerzej zakrojonego planu. Toyota Environmental Challenge zakłada zmniejszenie do 2050 roku emisji dwutlenku węgla przez nowe samochody o 90 proc. w porównaniu z rokiem 2010. Ważnym elementem proekologicznej strategii jest dalsze rozwijanie technologii wodorowych ogniw paliwowych. Efektem prac będzie pojazd o osiągach i zasięgu porównywalnym z samochodami napędzanymi benzyną, ropą czy gazem, a jednocześnie bezpieczny, nieemitujący żadnych niepożądanych substancji. Mowa o Toyocie Mirai.

Tak japoński koncern Toyota postanowił nazwać model produkcyjny pojazdu zasilanego wodorowymi ogniwami paliwowymi. Ten ekologiczny samochód to wersja produkcyjna koncepcyjnego FCV rozwijanego od 1992 roku, a zaprezentowanego w 2013 roku na Tokyo Motor Show. W ciągu ostatnich 2 lat Toyota Mirai została natomiast wprowadzona do sprzedaży w Japonii, Niemczech, Wielkiej Brytanii, Danii, Belgii, Norwegii, Holandii i Stanach Zjednoczonych.

Toyota Mirai to średniej wielkości sedan o funkcjonalnym wnętrzu i przestronnym bagażniku. Zatankowanie do pełna zbiorników wodoru trwa około 3 minut i wystarcza do pokonania odległości 550-700 km. Pojazd został wyposażony w pakiet baterii niklowo-metalowo-wodorkowych. Silnik elektryczny o mocy 154 KM (113 kW) dysponuje momentem obrotowym 335 Nm w pełnym zakresie obrotów od chwili ruszenia.

Japoński producent może się przy tym poszczycić najwyższą na świecie gęstością mocy ogniw paliwowych na poziomie 3,1 kW/l, która jest 2,2 razy wyższa od prototypowej konstrukcji Toyoty FCHV. Pojazd zużywa energię równą spalaniu 4,2 l benzyny w przeliczeniu na 100 km. Pozwala to na uzyskanie maksymalnej prędkości 179 km/h. Toyota Mirai rozpędza się do setki w 9 sekund. Zasięg pojazdu wynosi ponad 500 km. Sedan został wyposażony w 2 zbiorniki wodoru sprężonego do 70 MPa o łącznej pojemności 122,4 l. Ich tankowanie trwa zaledwie 3 minuty. Zbiorniki są bardzo mocne i szczelne, by gwarantować najwyższy poziom bezpieczeństwa.

W jednostce napędowej Toyoty Mirai zastosowano wewnętrzny układ cyrkulacyjny, który kontroluje ilość wody gromadzącej się na powierzchni ogniw, dlatego nie wymaga on systemów nawilżających. Jednocześnie przetwornica zwiększa napięcie, którym zasilany jest motor, do 650 V. To umożliwiło konstruktorom zmniejszenie rozmiarów silnika elektrycznego.

Toyota Mirai to jeden z najbardziej zaawansowanych technologicznie seryjnych samochodów na świecie. Ogniwa paliwowe zastosowane w konstrukcji sedana Toyoty są innowacyjną metodą napędzania silnika elektrycznego dużej mocy. Dzięki temu nie trzeba ładować akumulatorów przez kilka godzin, tankowanie pojazdu trwa 3 minuty, a jedynym produktem ubocznym jest woda. W tej sytuacji problemem pozostaje rozbudowa infrastruktury umożliwiającej tankowanie pojazdów na wodór, jednak intensywne inwestycje prowadzą zarówno władze publiczne (wspomniane plany Ministerstwa), jak i firmy prywatne – producenci wodoru i koncerny motoryzacyjne.