Motoryzacja

Auto na wodór - jak to działa i czy ma to sens?

opublikowano przez Wojciech Kulik w dniu 2015-06-24

Czy wodorowe napędy są przyszłością motoryzacji?

Toyota Mirai wodór

Jedni mówią, że elektryczne, drudzy, że hybrydowe, a jeszcze inni, że to wodorowe napędy są przyszłością motoryzacji. Podczas gdy samochody korzystające z dobrodziejstw dwóch pierwszych wynalazków szybko zyskują popularność, pierwsze seryjne auto na wodorowe ogniwa paliwowe dostępne jest na rynku dopiero od kilku miesięcy (i to wyłącznie japońskim, przynajmniej jeszcze przez tydzień lub dwa). Mowa tutaj o modelu Toyota Mirai. Podstawowa wiedza na temat działania takiego napędu nie jest jednak powszechnie znana. Nadszedł chyba najwyższy czas by to zmienić.

Silniki elektryczne mają mnóstwo zalet w stosunku do tych spalinowych: bardzo duży moment obrotowy, możliwość pracy w niezwykle szerokim zakresie obrotów, prostota i trwałość wynikająca z minimalnej liczby części ruchomych, łatwość i precyzja sterowania parametrami, niewielkie wymiary i masa czy wreszcie sprawność sięgająca 98 proc. (dla typowych silników spalinowych to zaledwie ok. 33 proc.). Jednostki te nie zdominowały jednak rynku z dwóch powodów. Pierwszy to cena. Drugi zaś, znacznie poważniejszy – brak autonomicznego źródła energii. Ogromne, bardzo pojemne akumulatory, mogące być ładowane z gniazdka elektrycznego, pozwalają na przejechaniu kilkuset kilometrów, ale potem musimy poświęcić co najmniej kilkadziesiąt minut na kolejne doładowanie. 

Toyota Mirai wygląd

Właśnie ten problem rozwiązywać mają wodorowe ogniwa paliwowe. Wytwarzają one prąd elektryczny – jest on bezpośrednim efektem reakcji paliwa z tlenem z powietrza, bez tłoków, cylindrów i innych ruchomych elementów. W silnikach rakietowych wodór spalany jest w temperaturze niemal 3 tysięcy stopni Celsjusza. W samochodzie to by nie przeszło, dlatego też w ogniwach paliwowych utlenianie zachodzi na zimno, z wykorzystaniem katalizatora. 

Toyota Mirai schemat

W samochodzie Toyota Mirai zastosowano zestaw ogniw paliwowych z elektrolitem polimerowym – to zupełnie nowa konstrukcja o mocy 114 kW (155 koni mechanicznych). Waży on zaledwie 56 kg i ma objętość 37 dm3, dzięki czemu udało się go umieścić pod podłogą pojazdu. Tam też zamontowano dwa zbiorniki wodoru (przedni, o pojemności 60 litrów i tylny – 62,4 l). Zostały one wykonane z wielowarstwowego kompozytu i wytrzymują ciśnienie sięgające 70 MPa. Wewnętrzna nylonowa wyściółka zapewnia wymaganą szczelność, następna warstwa kompozytu o zbrojeniu z włókien węglowych daje wytrzymałość na ciśnienie, wreszcie zewnętrzna warstwa kompozytu o zbrojeniu z włókien szklanych gwarantuje odporność na uszkodzenia mechaniczne.

Konstruktorom Toyoty udało się osiągnąć gęstość mocy wynoszącą 3,1 kW/dm3. W celu poprawy wydajności systemu, między zestawem ogniw paliwowych a sterownikiem mocy zainstalowano elektroniczny przekształtnik, którego zadaniem jest podwyższanie napięcia do 650 woltów. Jego użycie umożliwiło zmniejszenie liczby ogniw paliwowych i obniżenie masy całego systemu. W chwilach największego zapotrzebowania na moc, czyli podczas gwałtownego przyspieszania (a Mirai potrafi rozpędzić się do 178 km/h), ogniwa paliwowe wspomagane są przez akumulator.

Toyota Mirai stacja

Wodorowe paliwo oznacza też czystość gazów wydechowych – z rury ulatnia się wyłącznie para wodna. Co więcej, wodór może być tutaj paliwem całkowicie odnawialnym. Ekolodzy są zwolennikami tego typu jednostek jeszcze z kilku innych powodów – brak konieczności zmieniania oleju silnikowego i pasków klinowych czy niższe zużycie okładzin hamulcowych poprzez hamowanie rekuperacyjne. Kolejnym plusem jest cicha praca (podobnie jak w przypadku typowych samochodów elektrycznych). Całości dopełnia możliwość przejechania 480 km na jednym tankowaniu, które ponadto trwa zaledwie 3 minuty. 

Źródło: Toyota, Complex, inf. własna

marketplace

Komentarze

43
Zaloguj się, żeby skomentować
avatar
Dodaj
Komentowanie dostępne jest tylko dla zarejestrowanych użytkowników serwisu.
  • avatar
    A do Malucha to wejdzie?
  • avatar
    Ekologiczne ? Chyba żartujecie albo błędnie zakładacie iż wodór uzyskuje się w sposób magiczny. Do jego wytworzenia potrzeba albo prądu (np z elektrowni węglowych lub atomowych) albo dużej temperatury (spalanie gazu). Czyli innymi słowy trujemy w jednym miejscu aby w drugim ktoś myślał iż jest "eko". Ekologiczny to taki samochodzik będzie dopiero gdy paliwo do jego jego napędu również powstanie w sposób ekologiczny.
    Zaloguj się
  • avatar
    Kto pierwszy wprowadzi stację z tankowaniem wodoru?
    Zaloguj się
  • avatar
    Takie wynalazki to bym sobie darował. Wytwarzanie wodoru nie jest tanie, najtańsze z ropy. Tylko jaki to ma wtedy sens. Odpada jedynie transport paliwa na stacje, reszta infrastruktury naftowej zostaje.
    Zaloguj się
  • avatar
    Pomysł z wytwarzaniem energii elektrycznej z wodoru może być tym kierunkiem tylko... No właśnie, brakuje tutaj sposobu na tanie i proste wytwarzanie wodoru. Dobrze, że powstają tego typu konstrukcje i inżynierowie myślą o ekologicznej jeździe samochodem ale całkowita przesiadka na wodór albo prąd elektryczny to długa droga przed nami (nie wspomnę o Polsce).
  • avatar
    70 MPa to jest 700 barów.
    Jak wygląda tankowanie takiej butli, tzn. jaki kompresor potrzebny i ile taki kosztuje ?
  • avatar
    Wprowadzać masową produkcję od razu!
  • avatar
    Każda metoda jest dobra, aby zmniejszyć wpływy szejków paliwowych. Czy to samochody elektryczny, na wodór, w końcu zmusi to rynek do obniżenia cen paliwa.
  • avatar
    Czytam te komentarze i zobaczyłem, że nikt nie zwrócił uwag na to, że para wodna jest gazem powodującym efekt cieplarniany i to w większym stopniu niż dwutlenek węgla.

    http://doskonaleszare.blox.pl/2009/01/Para-wodna-to-95-99-efektu-cieplarnianego.html
  • avatar
    "z rury ulatnia się wyłącznie para wodna" Czyli gdyby w mieście było ich w pytę to czy nie będzie przez to częściej burz? Bo od pary wodnej powstają chmury.
    Zaloguj się
  • avatar
    Z racji obowiązującej mnie tajemnicy mogę tylko powiedzieć, że między 2017- 2018 r. wyjdzie Polska technologia, która będzie wprowadzać paliwo wodorowe do aktualnych silników spalinowych na podobnej zasadzie jak aktualne instalacje LPG. Dwa największe koncerny samochodowe nad tym czuwają i chcą to wypuścić na światło dzienne więc jest duże prawdopodobieństwo, iż ta technologia nie przepadnie gdzieś w papierach. Także życzcie nam powodzenia ponieważ Polacy mają na najbliższe lata niewyobrażalne pomysły i możliwości na płaszczyźnie naukowej ;)
  • avatar
    Bardziej prawdopodobne, że wodór będzie się spalać w silnikach, a nie przerabiać na prąd.
    Zaloguj się
    -2
  • avatar
    Ciekawe autko ale nie wróżę mu sukcesu, bo cały biznes naftowy by upadł jakby nagle wszyscy kierowcy zaczęli kupować takie auta :)
    Zaloguj się
    -4
  • avatar
    TO jest tylko prototyp, prawdziwa (r)ewolucja nastąpi gdy wszystko będzie się odbywać w obiegu zamkniętym, czyli woda uzyskana z procesu utleniania będzie z powrotem rozkładana na tlen i wodór, na razie nie dysponujemy odpowiednią do tego technologią, jak na nowinkę, całkiem ciekawe, ale to jeszcze nie to.
    Zaloguj się
    -4
  • avatar
    480 km to nie tak źle, jak nie będzie miał irytujących wad to może nawet się przyjmie.
  • avatar
    Na początek trochę historii. Pierwszy silnik spalinowy był na wodór... To nie jest przyszłość jaka będzie ta dalsza nie wiem, ale ta najbliższa powinna należeć do "kanonierki" (gun engine) i paliw syntetycznych.
  • avatar
    Moim zdaniem, jest to przyszłość motoryzacji. Auta hybrydowe są lepsze niż elektryczne, bo nie trzeba ich ładować, robi to silnik spalinowy, który jak wiadomo ma większy zasięg niż elektryczny na baterii odpowiadającej wielkością bakowi z benzyną. Zamiana silnika spalinowego na ogniwo wodorowe i powiększenie elektrycznego, by był jedyną jednostką napędową pojazdu jest właśnie zwieńczeniem tej koncepcji. Nie tylko dla tego, że zasięg jest dużo większy, ale i ekologicznie przewyższa silniki spalinowe, gdyż wiadomo - w procesie spalania paliwa powstaje wiele zanieczyszczeń; jak i od samochodu elektrycznego ładowanego z gniazdka, bo jak wiadomo, gdyby teraz zamienić wszystkie auta na elektryczne, to zapotrzebowanie na prąd by się zwiększyło, a tenże prąd w dużej części pochodzi z elektrowni nieekologicznych.
    Zaloguj się