Toyota Mirai - U progu rewolucji

Samochody, w których zastosowano wodorowe ogniwa paliwowe, mogą w ciągu dwóch dekad zdominować światową motoryzację, gdyż łączą w sobie zalety pojazdów spalinowych i elektrycznych, a jednocześnie nie mają istotnych wad. My już dziś sprawdziliśmy, jak jeździ jeden z pierwszych samochodów z własną elektrownią w podwoziu.

Specjalnie na Targi Motoryzacyjne i Biznesowe Fleet Market Toyota sprowadziła do Polski niezwykle intrygujący samochód – Mirai, który już dziś pokazuje, w którym kierunku będzie zmierzał rozwój motoryzacyjnych technologii w kolejnych latach. Nie lada gratką była możliwość odbycia jazd testowych nowością Toyoty.

Doświadczenia zebrane
Badania nad zastosowaniem wodorowych ogniw paliwowych do wytwarzania energii elektrycznej napędzającej samochody (FCEV – Fuel Cell Electric Vehicle) trwają od lat 90. Pracowali nad nimi głównie producenci niemieccy, amerykański General Motors oraz Toyota i Hyundai. Do tego należałoby doliczyć marki, które przystosowały silniki spalinowe bezpośrednio do spalania wodoru, np. BMW w modelu Hydrogen 7. Pierwszym poważnym problemem, z jakim uporali się konstruktorzy, było ujarzmienie wodoru. Gaz ten sprawia problemy z transportem i magazynowaniem, a do tego ulega łatwemu zapłonowi i ma bardzo wysoką temperaturę płomienia. Zastosowanie niezwykle wytrzymałych kompozytowych zbiorników i oprzyrządowania sprawiło, że samochody ze zbiornikami wodoru są w testach zderzeniowych nawet bezpieczniejsze niż te zasilane klasycznymi paliwami.
Równolegle konstruktorzy zajmowali się zmniejszaniem rozmiarów ogniw paliwowych oraz zmniejszaniem zużycia wodoru przez prototypowe pojazdy. Największe doświadczenie w badaniach i budowie aut na ogniwa paliwowe mają Toyota i Hyundai, które już uruchomiły małoseryjną produkcję takich samochodów. Pierwsza z tych marek wytwarza kompaktowego sedana Mirai w Toyota-Motomachi k. Nagoi, a druga kompaktowego crossovera ix35 FuelCell w koreańskim zakładzie w Ulsan.

System ogniw paliwowych modelu Mirai uzyskuje energię elektryczną z reakcji wodoru i tlenu, dzięki czemu pojazd nie emituje podczas jazdy ani dwutlenku węgla, ani innych szkodliwych substancji, dając przy tym komfort jazdy i eksploatacji oraz osiągi na poziomie współczesnych samochodów benzynowych.

Przewaga nad elektrykami
Toyota Mirai trafiła do sprzedaży w Japonii w grudniu 2014 roku, następnie pojawiła się w Stanach Zjednoczonych, a od września br. jest oferowana również w Wielkiej Brytanii, Danii i Niemczech. Już w przyszłym roku trafi do sprzedaży w Belgii, a od 2017 roku pojawi się na kolejnych rynkach, na których rozwinie się infrastruktura umożliwiająca tankowanie wodoru.
Mirai kosztuje w Niemczech 66 tys. euro bez VAT. To olbrzymia kwota w zestawieniu z odpowiednikami zasilanymi klasycznie, ale już nie tak abstrakcyjna w zestawieniu z pojazdami elektrycznymi. W dodatku producent stawia na wynajem i leasing tych samochodów, a więc rata miesięczna na poziomie 1200 euro (4-letni kontrakt w Niemczech) dla wielu firm nie będzie przerażająca. Samochód jest więc na razie przeznaczony dla ograniczonego kręgu odbiorców, tj. głównie flot samochodowych i organizacji sektora publicznego.
Samochód na ogniwa paliwowe ma nad pojazdami elektrycznymi kilka bardzo istotnych przewag. Kierowca nie musi już nerwowo spoglądać na wskaźnik naładowania baterii i martwić się, czy dojedzie do celu. Zasięg Mirai jest zbliżony do tego, jaki mają klasyczne modele spalinowe (ok. 500–550 km). Poza tym tankowanie wodoru nie trwa wieki jak w przypadku elektryków, ale zaledwie trzy minuty, czyli podobnie jak w przypadku aut spalinowych. Nie jest również konieczne instalowanie wielu ciężkich, wpływających na prowadzenie, zajmujących miejsce i kłopotliwych w utylizacji akumulatorów. Niestety, na razie musimy się też pogodzić z bardzo ograniczoną liczbą stacji tankowania wodoru, z których te położone najbliżej polskiej granicy znajdują się w Dreźnie i Berlinie. W Polsce nie ma na razie ani jednej takiej stacji, jednak są już plany budowy trzech obiektów, w Poznaniu, Warszawie i Białymstoku.

Jak to działa?
Zasada działania ogniw paliwowych, które mają za zadanie przetwarzać energię chemiczną z wodoru w energię elektromechaniczną, jest w teorii prosta. W okolicach tylnej osi i pod tylna kanapą Toyoty zamontowano dwa zbiorniki na wodór o pojemności 124,4 litra (przedni 60 l, a tylny 62,4 l), w których gaz ten jest sprężony pod ciśnieniem 700 barów (70 MPa). Łącznie mieszczą one 4,7 kg tego gazu. To z nich po uruchomieniu samochodu płynie gaz wodorowy, którzy przepływa przez anodę, powodując jego podział na dodatnie jony wodoru (protony) oraz elektrony. Następnie specjalna membrana polimerowa przepuszcza tylko protony. Elektrony z kolei służą do napędu silnika i ładowania akumulatorów. W katodzie elektrony i protony łączą się z tlenem (z powietrza) tworząc wodę, która oprócz ciepła jest jedynym produktem ubocznym tego procesu. Zestaw ogniw paliwowych umieszczono w Mirai tuż pod fotelami przedniego rzędu, a silnik elektryczny pod maską.

Oryginalna sylwetka...
Pod względem rozmiarów Toyota Mirai zalicza się do aut klasy średniej – jej długość to 489 cm, szerokość 181,5 cm. Nadwozie tego modelu prezentuje się oryginalnie, jednak trzeba przyznać, że nie zwraca ono takiej uwagi jak kolejne generacje hybrydowych Priusów w momencie debiutów. Wyróżnikiem Mirai są potężne trójkątne wloty powietrza ustawione po bokach przedniego zderzaka. Na ich krawędzi umieszczono pionowo diody LED. Dość ciężkawą sylwetkę zaczynamy zauważać dopiero po spojrzeniu na bok pojazdu. Tu priorytetem inżynierów było uzyskanie jak najniższych oporów toczenia (niewielkie i wąskie koła) oraz obniżenie oporów powietrza (skromny 13-centymetrowy prześwit). Nie do pomylenia z żadnym innym samochodem jest także tył Mirai, dzięki trójkątnym lampom oraz odblaskowej listwie biegnącej przez cały tył pojazdu.

...i funkcjonalne wnętrze
Wnętrze japońskiego sedana również nie wygląda tak futurystycznie, jak można było się spodziewać.
Przypomina ono Priusa IV generacji, który pojawi się w polskiej ofercie w 2016 roku, a ekran na środkowej konsoli – Aurisa. Tak jak w hybrydowych modelach, możemy śledzić na specjalnym ekranie na podszybiu np. przepływy energii między silnikiem i bateriami oraz od kół do akumulatorów w momencie odzyskiwania energii w czasie hamowania. Obsługa Mirai nie wymaga żadnego przeszkolenia, a poszczególne elementy obsługi rozmieszczono ergonomicznie. Intryguje tylko niewielki przycisk H2O umieszczony po lewej stronie pod kierownicą. Po jego naciśnięciu możemy opróżnić zbiornik z wodą, która jest produktem ubocznym wytwarzania prądu w ogniwach paliwowych. Nie będziemy także narzekać na ilość miejsca, w tym również na tylnej kanapie. Ma na to wpływ także fakt, że Mirai jest samochodem czteroosobowym. Pośrodku tylnej kanapy zamontowano spory podłokietnik z zamykanym schowkiem, na którym umieszczono dodatkowo przyciski ogrzewania. A skoro o wyposażeniu mowa, to jest ono więcej niż przyzwoite. W standardzie oprócz ogrzewanych wszystkich foteli mamy też ich elektryczną regulację z przodu, elektrycznie regulowaną kierownicę, tempomat oraz cały zestaw asystentów wspomagających bezpieczeństwo i komfort podczas jazdy.

Typowy elektryk
Nie powinno być zaskoczeniem, że prowadzenie Mirai nie różni się niczym od jazdy samochodami elektrycznymi (w końcu to też elektryk, ale z własną elektrownią!). Po ruszeniu towarzyszy nam więc głównie stłumione syczenie lub niewielki szum toczących się opon i powietrza opływającego nadwozie. Podobnie jak w autach elektrycznych, pełny moment obrotowy (335 Nm) mamy dostępny natychmiast po naciśnięciu pedału gazu. Silnik elektryczny o mocy 114 kW (155 KM) potrafi z wielką lekkością rozpędzić ten 1850-kilogramowy pojazd od zera do setki w 9,6 sekundy. Zauważalną cechą Mirai jest komfortowe zestrojenie zawieszenia, jednak podczas jazdy w zakrętach pojazd zachowuje się wyraźnie lepiej niż wiele aut elektrycznych, gdyż nie ma w nim rozbudowanych i ciężkich akumulatorów pogarszających właściwości jezdne. Zależnie od stylu jazdy, Mirai spala średnio 0,75–1 kg wodoru na 100 km. Cena 1 kg tego gazu jest obecnie względnie wysoka i wynosi ok. 8 euro za kg, czyli przejechanie każdych stu kilometrów kosztuje 26–35 zł, a więc mniej niż w klasycznym pojeździe spalinowym podobnej wielkości. Obecnie wodór w postaci cząsteczkowej uzyskuje się głównie z gazu ziemnego i ropy naftowej, co ma wpływ na jego wysoką cenę. Z czasem koszt wodoru ulegnie jednak znacznemu obniżeniu, ponieważ możemy go uzyskać ze źródeł odnawialnych (m.in. z fermentacji), a technologie to umożliwiające stają się coraz powszechniejsze (na razie głównie w USA i Japonii). Produkcja wodoru może zatem odbywać się wszędzie, bez żadnych ograniczeń politycznych i logistycznych.

Przyszłość jasno nakreślona
Aby przyśpieszyć rozwój technologii zasilania samochodów energią z ogniw paliwowych, Toyota uwolniła ok. 5500 patentów, głównie z zakresu sposobu tankowania wodoru, budowy zbiornika na ten gaz oraz działania ogniwa paliwowego. Powszechny rozwój tego typu konstrukcji z pewnością wpłynie na rozwój infrastruktury wodorowej, która obecnie jest mniej niż skromna. Szybko ma to się zmienić. Tylko w Niemczech w ciągu ośmiu lat ma zostać uruchomionych 400 stacji tankowania wodoru.
Od uruchomienia produkcji Mirai w grudniu 2014 roku do dziś wyprodukowano ok. 700 tych pojazdów, a to i tak czterokrotnie mniej niż spłynęło w tym czasie zamówień. Zaledwie 50 z nich trafiło na rynek europejski, a na 2016 rok planowane jest dostarczenie na Stary Kontynent ledwie dwukrotnie większej liczby pojazdów. Łączna produkcja Mirai ma w przyszłym roku ma sięgnąć 2 tys. szt., w 2017 roku – 3 tys. szt. i docelowo osiągnąć poziom 30 tys. szt. w 2020 roku.
Powszechny widok na ulicach aut, które czerpią energię z wodoru, może być zatem za dekadę czymś równie oczywistym jak obecnie widok aut hybrydowych.