Toyota ma pomysł na "życie po ropie"

W opinii konstruktorów Toyoty (i naszej) przyszłość motoryzacji nazywa się Mirai. Tak właśnie ochrzczono pierwszego produkowanego na masową skalę rodzinnego sedana wyposażonego w zestaw ogniw paliwowych. To technologia wyjęta żywcem ze świata najnowocześniejszych, konwencjonalnych, okrętów podwodnych. Tyle, że tam zajmuje ona przeważnie cały dodatkowy segment kadłuba i połowę okrętowej siłowni. Zaś Japończykom udało się zamknąć ją w obudowie liczącego zaledwie 4,89 m pojazdu rodzinnego.

Sam pomysł jest genialny w swojej prostocie. Skoro w blisko 170 lat od wynalezienia pierwszego akumulatora kwasowo-ołowiowego wciąż nie znaleźliśmy satysfakcjonującego sposobu na magazynowanie energii elektrycznej, trzeba zmienić podejście. Zamiast instalowania ciężkich i nieefektywnych akumulatorów, lepiej zabrać ze sobą kompletną elektrownię. Nie chodzi jednak o opalany węglem (czy wykorzystujący ciepło reaktora atomowego) kocioł parowy i turbiny. Do pracy zaprzęgnięto tu "magię" chemii.

Dzięki zachodzącej w obecności katalizatora reakcji utleniania wodoru na zimno, można na bieżąco produkować energię elektryczną. Do tego celu - oprócz rzeczonych ogniw paliwowych - potrzebujemy wyłącznie czystego wodoru oraz tlenu. Każdy z tych pierwiastków - w formie sprężonego gazu - można zabrać na pokład. W przypadku wspomnianych okrętów podwodnych oznacza to, że nie musimy się wynurzać i ładować akumulatorów za pośrednictwem łapczywych na tlen silników Diesla. Zyskujemy więc napęd który, w znacznym stopniu, uniezależnia nas od powietrza atmosferycznego, a co za tym idzie - wydłuża czas przebywania pod wodą. W przypadku samochodu sprawa jest nawet prostsza, bo na pokład zabrać musimy jedynie wodór. Niezbędny dla pracy ogniw paliwowych tlen auto pozyskiwać może z bezpośrednio z otoczenia (stąd charakterystyczny "świst" zasysanego powietrza wydawany przez Mirai).

Tyle teorii. W praktyce zabudowanie elektrycznego napędu i systemu ogniw paliwowych w rodzinnym samochodzie wymaga niezwykłego kunsztu inżynierskiego. Nie chodzi wyłącznie o miniaturyzację poszczególnych podzespołów (np. samych ogniw), ale też uporanie się z taką kwestią jak ich chłodzenie czy... transport samego wodoru. Pierwiastek ma bowiem opinię wysoce "niestabilnego", co oznacza, że bardzo łatwo ulega zapłonowi (chociaż w rzeczywistości jest mniej palny niż benzyny) i, z uwagi na wielkość cząsteczek, przenika przez najmniejsze nawet nieszczelności. Stworzenie hiper-szczelnej instalacji odpornej na wstrząsy i przeciążenia związane z codzienną eksploatacją samochodu to dla konstruktorów wyzwanie najwyższej próby. Dotyczy to również samych zbiorników na wodór. W przypadku okrętu zwiększenie masy o kilkanaście ton (zbiorniki stalowe czy aluminiowe) nie jest żadnym problemem. W przypadku samochodu - to wykluczone.

Właśnie z tego względu najwięcej problemów zajęło opracowanie kompozytowych butli mogących pracować pod niewyobrażalnym wręcz ciśnieniem. W przypadku Mirai w dwóch zbiornikach mieści się łącznie 122,4 l wodoru zgromadzonego pod ciśnieniem 700 barów, czyli takim, jakie panuje na głębokości ponad 7100 metrów. Było to konieczne ze względu na niską kaloryczność wodoru, takie sprężenie zapewnia odpowiedni zasięg pojazdu.

W Miari wykorzystano butle wykonane ze zbrojonych włóknami węglowymi polimerów (trójwarstwowe). By zapewnić maksimum bezpieczeństwa zbiorniki poddawano najdziwniejszym próbom. Nie ograniczyły się one wyłącznie do testów zderzeniowych, ale np. strzelano do nich np. wielokalibrowymi pociskami, by mieć pewność, że nawet wówczas nie dojdzie do zapłonu.

Toyota już pracuje nad kolejnym pojazdem z napędem wodorowym, który - najprawdopodobniej - otrzyma nadwozie typu suv. Już dziś konstruktorzy deklarują, ze zasięg nowego modelu wynosić będzie ponad 1000 km. Biorąc pod uwagę trwające kilka minut tankowanie, z tak zawieszoną poprzeczką nie będzie w stanie konkurować żadne bateryjne auto elektryczne.

O tym, jak Toyota Mirai wywiązuje się z roli samochodu codziennego użytku mieliśmy okazję przekonać się w czasie jazd testowych w okolicach Berlina. Miejsce wybrano nieprzypadkowo - właśnie tam znajduje się obecnie najbliższa Polakom stacja tankowania wodoru. Wbrew pozorom nie jest to żaden "pilnie strzeżony obiekt strategicznego przeznaczenia" - ot "zwykły-niezwykły" dystrybutor na jednej z "sieciówek" marki Total.

"Zwykły" - bowiem tankowanie do złudzenia przypomina znane setkom tysięcy polskich kierowców uzupełnianie gazu LPG. Podnosimy pistolet, wpinamy go w zawór w tylnej części auta i naciskamy przycisk "start". "Niezwykły", bowiem bez naszego udziału, odbywa się technologiczny majstersztyk. Samochód i dystrybutor rozpoczynają wewnętrzne testy szczelności poprzedzające proces tankowania. Cała operacja uzupełnienia paliwa "pod korek" trwa około 3 minut. Tak imponujący wynik wymaga jednak korzystania ze stacjonarnych stacji tankowania wodoru (istnieją również stacje mobilne, ale na nich tankowanie trwa ok. pół godziny). Dystrybutor korzysta np. z zawansowanego, wewnętrznego systemu chłodzenia. Sprężany do 700 barów gaz osiąga bowiem ogromne temperatury.

Największą zaletą Mirai jest jednak to, że cała ta technologiczna magia zachodzi bez świadomości użytkownika. Kierowca korzysta z pojazdu, aż wskaźnik poziomu paliwa (wodoru) poinformuje go o konieczności tankowania. W przypadku Mirai zasięg wynosi około 500 km. Po pokonaniu takiego dystansu wystarczy pojechać na stację, uzupełnić wodór i... w drogę. Zupełnie tak, jak w każdym z milionów samochodów poruszających się dziś po drogach. Nie trzeba wozić ze sobą kilometrów kabli czy przerywać podróży na kilka godzin by doładować baterie. Przesiadka "na wodór" nie wymaga od nas zmiany żadnych nawyków. I co najważniejsze - wodorowy napęd jest całkowicie przyjazny dla środowiska. Efektem ubocznym reakcji chemicznych zachodzących w ogniwach paliwowych jest bowiem zwykła para wodna.

W czym tkwi haczyk? W przypadku samego auta - nie ma żadnego! Mirai rzeczywiście jeździ, skręca i hamuje jak każdy współczesny samochód. Ma ponad 150 KM i 335 Nm więc, chętnie reaguje na wciśnięcie pedału przyspieszenia (ok. 9 s do 100 km/h) i osiąga prędkość maksymalną blisko 180 km/h. Jest wprawdzie nieco cięższa niż spalinowa konkurencja (1850 kg), ale nie wpływa to w większym stopniu na precyzję prowadzenia czy osiągi.

Akceptowalne są też koszty utrzymania. Pokonanie 100 km kosztuje poniżej 10 euro, czyli nieco ponad 40 zł. To więcej niż w przypadku diesla, ale nie zapominajmy, że aby zatankować Mirai, musieliśmy wybrać się aż do Berlina. Wraz z upowszechnianiem się tej technologii można więc liczyć na zdecydowaną obniżkę cen samego paliwa.

Problemem jest natomiast infrastruktura. Póki co, to rozwiązanie zarezerwowane dla bogatych krajów europejskich. Wodór zatankujemy dziś m.in.: w Wielkiej Brytanii (ponad 12 stacji), Hiszpanii (6 stacji), Austrii (5 stacji) czy Francji (13 stacji) i Niemczech (ponad 20 stacji, głownie na zachodzie kraju). Żadnego tego typu obiektu nie natomiast w Polsce, Słowacji i na Węgrzech. Podroż wodorowym autem poza granicę "starej Unii" na obecnym etapie jest więc wykluczona. Nie lepiej jest też w Portugalii (0 stacji) czy np. we Włoszech (1 stacja).

Prezentowana na zdjęciach Mirai (niebieska) to pierwszy samochodów z ogniwami paliwowymi zarejestrowany w Polsce. Brak stacji z wodorem - póki co - nie jest więc palącym problemem. Z drugiej strony szkoda, że granica "cywilizowanej" Europy przebiega właśnie przez nasz kraj. Wodór zatankujemy dziś m.in. w Finlandii. Jeden tego typu obiekt powstaje właśnie na Łotwie. Przedstawiciele Toyoty nie kryją, że podejmują różnego rodzaju działania, by namówić państwowych potentatów do uruchomienia choćby jednego punktu tankowania wodoru w Polsce. Biorąc pod uwagę zasięg wodorowych aut pozwoliłoby to utworzyć europejski korytarz łączący zachód Europy (Hiszpania) ze wschodem (Finlandia).

Wśród potencjalnych partnerów wymienia się m.in.: Lotos (pierwsza stacja powstać ma w 2021 roku), Orlen czy... Jastrzębską Spółkę Węgłową. Co ma największy producent węgla koksowego w Unii Europejskiej do produkcji wodoru? Otóż całkiem sporo!

Trzeba zdawać sobie sprawę, że jednym z najpowszechniejszych sposobów wytwarzania wodoru jest obecnie gazyfikacja węgla, na którym - jak przekonują władze - Polska stoi. Przy odrobinie strategicznego myślenia mielibyśmy szansę stać się na tym polu jednym z europejskich, a może nawet i światowych, potentatów!

Niestety, niewiele wskazuje na to, by polskie władze dostrzegały wysyłane przez Japończyków sygnały. Dość przypomnieć, że taką perspektywę, przy okazji uruchomienia produkcji przekładni do pojazdów hybrydowych Toyoty (w Wałbrzychu), nakreślił niedawno ambasador Japonii Tsukasa Kawada. Wspomniał on wówczas m.in. o wysokich kosztach pozyskania wodoru w Japonii (w kraju funkcjonuje ponad 100 stacji tankowania wodoru) i zasugerował, że "rządy Polski i Japonii mogłyby znaleźć na tym polu płaszczyznę do porozumienia". Niestety wiele wskazuje na to, że "zalotna" deklaracja ambasadora trafiła w próżnię. Z ramienia polskich władz na wałbrzyskiej uroczystości pojawił się jedynie Podsekretarz Stanu w Ministerstwie Przedsiębiorczości i Technologii - Marcin Ociepa. Nie było ani zaproszonego premiera Mateusza Morawieckiego, ani nawet minister przedsiębiorczości Jadwigi Emilewicz. Oboje pochłonięci byli kampanią samorządową.

Na takim rozwoju sytuacji zyskuje np. Australia, która urasta właśnie do miana głównego dostawcy wodoru dla japońskiej motoryzacji. Pamiętajmy, że wodorowe auta, oprócz Toyoty, już dziś ma w ofercie np. Hyundai. Lada moment pojawią się one m.in. w portfolio Mercedesa. Patrząc przez taki pryzmat byłoby dobrze, gdyby polskie władze zrobiły wreszcie dla elektromobilności coś więcej, niż tylko przypominanie o swoich ambitnych planach w państwowych mediach. Japonia ma technologię, Europa potrzebę, a Polska - tani surowiec. Taka szansa może się już nie powtórzyć!

Paweł Rygas