Kategorie

Jak działa samochód na wodór?

Toyota Mirai 2016 auto na wodór
Toyota Mirai 2016 auto na wodór
Toyota
Napęd wodorowy to przyszłość samochodowej motoryzacji. Najpierw rozpropagowała go Honda w modelu FCX, a teraz do produkcji seryjnej trafiła Toyota Mirai także wyposażona w napęd wodorowy.

Zasada działania samochodu z napędem wodorowym

Pierwszy seryjny model na wodorowe ogniwa paliwowe – Toyota Mirai – jest już w sprzedaży, mimo to podstawowa wiedza na temat działania napędu wodorowego wciąż jeszcze nie jest rozpowszechniona. Dziś przybliżamy najważniejsze informacje na ten temat. A  już we wrześniu będzie można zobaczyć Mirai na własne oczy w wybranych salonach Toyoty w Niemczech, Wielkiej Brytanii i Danii.

Gdyby zapytać inżynierów motoryzacyjnych, jaki rodzaj silnika będzie napędzał samochody przyszłości, wszyscy bez wahania odpowiedzą: elektryczny. W stosunku do silników spalinowych ma on mnóstwo zalet: 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, wreszcie sprawność sięgająca 98% (dla typowych silników spalinowych to zaledwie ok. 33%).

Zobacz też: Czym różni się silnik benzynowy od wysokoprężnego?

Dlaczego więc samochody z napędem elektrycznym nie zdominowały jeszcze rynku, choć silniki elektryczne są powszechnie wykorzystywane we wszelkich dziedzinach techniki, od gospodarstwa domowego po kolej, metro i tramwaje? Problemem wciąż pozostaje zapewnienie autonomicznego źródła energii elektrycznej o pojemności umożliwiającej podróżowanie na większe odległości i szybkie doładowanie po jej wyczerpaniu. Mimo ogromnego postępu w technologii akumulatorów, są one wciąż spore i ciężkie, a choć można je doładowywać ze zwykłego gniazdka elektrycznego, odnowienie zapasu energii oznacza co najmniej kilkudziesięciominutową przerwę w podróży. I to tylko w przypadku, jeśli używamy do tego celu superładowarek, których nie da się podłączyć do zwykłego gniazdka i które powodują szybką degradację baterii. Przy zwykłej, ogólnodostępnej technologii ładowania zajmuje ono kilka godzin. O ile wygodniej podjechać na kilka minut na stację benzynową!

Prąd z wodoru

Reklama

Rozwiązaniem tego problemu może być zastosowanie ogniw paliwowych. Urządzenia te wytwarzają prąd elektryczny jako bezpośredni efekt reakcji paliwa z tlenem z powietrza, bez tłoków, cylindrów i innych ruchomych elementów. Najwydajniejszym paliwem dla ogniw paliwowych jest czysty wodór. Brzmi to kosmicznie – wodór, spalający się w silnikach rakietowych w temperaturze niemal 3000 stopni Celsjusza? Tak, ten sam wodór, tyle że w ogniwie paliwowym utlenianie zachodzi na zimno, dzięki obecności katalizatora. Nawiasem mówiąc, wodorowe ogniwa paliwowe opracowano właśnie z myślą o wytwarzaniu prądu w statkach kosmicznych.

Wydawać by się mogło, że tak wyrafinowane rozwiązanie długo jeszcze pozostanie domeną pojazdów studyjnych, które można podziwiać jedynie podczas wystaw motoryzacyjnych. Tymczasem na rynku jest już dostępny seryjny samochód osobowy, zasilany ogniwami paliwowymi – to Toyota Mirai.

Mirai znaczy "przyszłość"

Reklama

Seryjny model Mirai (po japońsku „przyszłość”) powstał jako rozwinięcie zaprezentowanego w 2013 roku koncepcyjnego pojazdu Toyota FCV (Fuel Cell Vehicle). Choć zewnętrznie jest do niego bardzo podobny, zawiera wiele udoskonaleń, które znacząco poprawiły jego osiągi. W konstrukcji zespołu napędowego wykorzystano też szereg produkowanych wielkoseryjnie elementów pochodzących z hybrydowego napędu Toyota Hybrid Synergy Drive (HSD), co z jednej strony wpływa korzystnie na niezawodność, a z drugiej pozwala znacząco obniżyć koszty dzięki ekonomii skali.

Mirai to czterodrzwiowy sedan o wielkości porównywalnej z Toyotą Camry. Napęd przenoszony na przednią oś zapewnia sprawdzony w jednostkach HSD silnik elektryczny o mocy 113 kW (154 KM), zapewniający moment obrotowy 335 N·m. Z jednostek HSD wzięto również sterujący silnikiem elektroniczny układ PCU (Power Control Unit). Przy niewielkim zapotrzebowaniu na moc prąd jest dostarczany z akumulatora niklowo-metalowo-wodorkowego o pojemności 1,6 kWh, który magazynuje też energię odzyskiwaną podczas hamowania rekuperacyjnego (silnik elektryczny pracuje wówczas jako generator). Przy większych prędkościach energię elektryczną wytwarza zestaw ogniw paliwowych.

Technologia Toyoty Mirai

Użyty w Mirai zestaw ogniw paliwowych z elektrolitem polimerowym to zupełnie nowa konstrukcja o mocy 114 kW (155 KM). Zastosowane w nim rozwiązania zasługują na osobny artykuł; o ich wartości niech świadczy fakt, że konstruktorom Toyoty udało się osiągnąć rekordową gęstość mocy wynoszącą 3,1 kW/dm³ – dwukrotnie większą, niż w studyjnym modelu FCHV-adv. Dla 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, ogniwa paliwowe wspomagane są przez akumulator.

Zestaw ogniw paliwowych waży jedynie 56 kg i ma objętość zaledwie 37 dm³, dzięki czemu udało się go umieścić pod podłogą pojazdu, tak by nie ograniczał przestrzeni użytkowej nadwozia. Pod podłogą umieszczono także dwa zbiorniki wodoru (przedni mieszczący 60 l i tylny o pojemności 62,4 l), które same w sobie są prawdziwym cudem techniki. Wykonane z wielowarstwowego kompozytu, wytrzymują ogromne ciśnienie 70 MPa, a przy tym są bardzo lekkie, zaś rekordowy współczynnik pojemności sprawia, że aż 5,7% masy pełnych zbiorników to wodorowe paliwo. 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. Zastosowanie włókien szklanych pozwoliło ograniczyć zużycie bardzo drogich włókien węglowych i tym samym obniżyć cenę zbiorników przy zachowaniu wymaganych parametrów.

Zalety napędu wodorowego

Konsekwencją zastosowania wodorowego paliwa jest absolutna czystość gazów wydechowych – to po prostu para wodna; czyściej się już nie da. 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, hamowanie rekuperacyjne zmniejsza zużycie okładzin hamulcowych. Inną cenną 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 jedynie trzy minuty – porównywalnie z tankowaniem na stacji benzynowej.

Toyotę Mirai można już kupić w Japonii, lada moment samochód 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 tys. euro), a później również w innych krajach, w miarę rozwoju infrastruktury tankowania wodoru.

Źródło: materiały prasowe

Chcesz dowiedzieć się więcej, sięgnij po nasze publikacje
KOMPLET: VAT zmiany od 1 lipca 2021 + JPK_VAT +  VAT w e-commerce
KOMPLET: VAT zmiany od 1 lipca 2021 + JPK_VAT + VAT w e-commerce
Tylko teraz
99,00 zł
119,70
Przejdź do sklepu
Toyota Mirai 2016 auto na wodór
Toyota
Toyota Mirai 2016 auto na wodór
Toyota
Toyota Mirai 2016 auto na wodór
Toyota
Źródło: INFOR
Czy ten artykuł był przydatny?
tak
nie
Dziękujemy za powiadomienie
Jeśli nie znalazłeś odpowiedzi na swoje pytania w tym artykule, powiedz jak możemy to poprawić.
UWAGA: Ten formularz nie służy wysyłaniu zgłoszeń . Wykorzystamy go aby poprawić artykuł.
Jeśli masz dodatkowe pytania prosimy o kontakt

Komentarze(0)

Uwaga, Twój komentarz może pojawić się z opóźnieniem do 10 minut. Zanim dodasz komentarz -zapoznaj się z zasadami komentowania artykułów.
    QR Code

    © Materiał chroniony prawem autorskim - wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu za zgodą wydawcy INFOR PL S.A.

    Moto
    1 sty 2000
    24 lip 2021
    Zakres dat:
    Zapisz się na newsletter
    Zobacz przykładowy newsletter
    Zapisz się
    Wpisz poprawny e-mail

    Emisja CO2: samochody coraz bardziej eko! Hybrydy szczególnie

    Emisja CO2: samochody w zeszłym roku wyemitowały aż o 12 proc. mniej dwutlenku węgla. I co ciekawe, metodą do osiągnięcia celu okazały się hybrydy.

    Nowy DS 4 jest już w Polsce. Ile kosztuje francuska awangarda?

    Nowy DS 4 został oficjalnie pokazany w Polsce. Na razie nad Wisłę dotarły wyłącznie wersje pokazowe. Już dziś poznaliśmy jednak cennik auta.

    Likwidacja szkody z polis upadłych zakładów ubezpieczeń

    Likwidacja szkody z polis upadłych zakładów ubezpieczeń: Kto wypłaca pieniądze? Na czym polega? O czym pamiętać? O tym wszystkim opowiemy dziś.

    Czy UFG zawsze wykryje brak OC?

    Czy UFG zawsze wykryje brak OC? Odpowiedź brzmi... tak. Nie zawsze jednak od razu zorientuje się, że samochód nie miał obowiązkowej polisy.

    Brak OC: regres oznacza dla kierowcy... problemy!

    Brak OC: regres sprawi, że sprawca może zapłacić za szkodę... z własnej kieszeni. Kiedy i na jakiej zasadzie działa regres?

    Nowy Opel Astra 2021. Wyrazisty design i hybrydy

    Nowy Opel Astra 2021 odsłonił swoją twarz. Niemiecki kompakt otrzymał cyfrowy kokpit, paletę jednostek hybrydowych i nowe reflektory pikselowe.

    Najczęściej kradzione samochody w 2020 roku

    Najczęściej kradzione samochody w 2020 roku w Polsce? Instytut Badań Rynku Motoryzacyjnego Samar przeanalizował dane z CEPiK.

    Nowy Opel Mokka [TEST]: ależ jak on patrzy...

    Nowy Opel Mokka przywitał nas efektownym połączeniem kolorów na nadwoziu i... smutnym spojrzeniem. Nie ma jednak powodów do smutku!

    Zmiany w karach dla kierowców 2021. Co szykuje rząd?

    Zmiany w karach dla kierowców 2021 to szeroki blok zmian w systemie karania prowadzących przedstawiony przez rząd. Co zakłada projekt zmian?

    Wysokość składki OC, punkty karne. Nowy pomysł rządu

    Wysokość składki OC i punkty karne, czyli rząd ma pomysł na kolejny bat na kierowców. Popełniasz dużo wykroczeń, zapłacisz wyższe ubezpieczenie.

    Nowe kary dla pijanych kierowców 2021

    Nowe kary dla pijanych kierowców 2021, czyli pomysł rządu na ograniczenie ilości nietrzeźwych prowadzących na polskich drogach.

    Punkty karne kasowane po 2 latach. Nowy pomysł rządu

    Punkty karne kasowane po 2 latach i więcej punktów karnych w czasie jednej kontroli drogowej. To zmiany dla kierowców, które proponuje rząd.

    Mandaty do 5 tys. zł, czyli rząd ma nowy system kar dla kierowców

    Mandaty do 5 tys. zł - ale też tylko za przekroczenie prędkości. Cięższe przewinienia mogą się skończyć karą sięgającą 30 tys. zł. Oto propozycje zmian.

    Nissan Qashqai 2021: pierwsza jazda japońskim crossoverem

    Nissan Qashqai 2021, czyli mieliśmy okazję po raz pierwszy spotkać się z japońskim crossoverem. I spotkanie to odbyło się na polskim gruncie!

    Przejście dla pieszych przez ścieżkę rowerową

    Przejście dla pieszych przez ścieżkę rowerową - jak powinien zachować się pieszy? Jakie zasady go obowiązują? Sprawdziliśmy to.

    Pieszy idący po drodze dla rowerów. Może?

    Pieszy idący po drodze dla rowerów - w jakich przypadkach taki scenariusz jest możliwy? Prawo stawia kilka warunków. Zaraz o nich opowiemy.

    Kara za brak ciągłości OC. Ile wynosi?

    Kara za brak ciągłości OC, czyli co się stanie gdy kierowca zapomni o przedłużeniu obowiązkowej polisy na samochód? Czeka go kara od UFG.

    Regres ubezpieczeniowy OC, czyli pijany kierowca a wypadek

    Regres ubezpieczeniowy OC sprawia, że pijany kierowca musi zwrócić pieniądze wypłacone przez ubezpieczyciela po wypadku. Co warto o nim wiedzieć?

    Peugeot 208 [Test]: wersja GT, 130-konny benzyniak i automat

    Peugeot 208 wreszcie zawitał przed naszą redakcją. Na to auto czekaliśmy naprawdę długo. Chyba było jednak warto - i to pomimo.... czerwonego lakieru.

    Kierowanie ruchem drogowym podczas robót drogowych

    Kierowanie ruchem drogowym podczas robót drogowych wymaga posiadania przez osobę specjalnych uprawnień. Wiedzieliście o tym?

    Jak zostać kierowcą autobusu?

    Jak zostać kierowcą autobusu? Kierowca musi spełnić kilka warunków i potwierdzić swoje predyspozycje właściwym wpisem w prawie jazdy.

    Na wakacje samochodem po Europie. O czym pamiętać?

    Na wakacje samochodem po Europie? Pamiętaj o limitach prędkości, gęstszej sieci fotoradarów i zdecydowanie droższych mandatach.

    Kradzież katalizatora. Autocasco pokryje koszty?

    Kradzież katalizatora. Autocasco obejmuje takie przypadki? Wszystko zależy od oferty przygotowanej przez firmę. Na co uważać kupując AC?

    Toyota Yaris Cross: start produkcji crossovera we Francji

    Toyota Yaris Cross to nowy crossover japońskiej marki. Auto powstało z myślą o Europie i w Europie będzie produkowane. Co wiadomo o modelu?

    Czy odpowiednie znaki drogowe to krok do redukcji CO2?

    Rozszerzony katalog znaków drogowych ze szczególnym uwzględnieniem pojazdów niskoemisyjnych? Nie, to nie jest projekt Szwajcarów, Holendrów, Niemców czy Szwedów, ale rodzima inicjatywa, która zagwarantuje elektromobilności stałe miejsce w krajowym prawie drogowym.