Silnik wodorowy Toyota – zero oleju, zero rozrządu, zero sprzęgła. Jak działa i czy warto?

Toyota od ponad 20 lat inwestuje w technologię wodorową i jako jedyna marka oferuje seryjny samochód osobowy z napędem na wodorowe ogniwa paliwowe – Toyotę Mirai. To nie jest silnik spalinowy na wodór, ponieważ zasada działania jest zupełnie inna i znacznie ciekawsza. Pierwsza generacja Mirai wjechała na drogi w 2014 roku, natomiast druga – bardziej zaawansowana i o 50% większym zasięgu – pojawiła się w 2020 roku. To wystarczająco długa historia, by ocenić tę technologię uczciwie.

Jak działa silnik wodorowy Toyota?

Nazwa „silnik wodorowy” jest myląca, ponieważ Toyota Mirai nie ma silnika spalinowego. Ma ogniwa paliwowe (Fuel Cell) – urządzenia które produkują prąd elektryczny z reakcji chemicznej wodoru i tlenu. Zasada jest znana od ponad 200 lat, ponieważ to po prostu odwrócona elektroliza wody.

W ogniwie paliwowym Mirai proces wygląda następująco:

• Wodór ze zbiornika trafia do anody ogniwa
• Specjalna membrana przepuszcza wyłącznie dodatnio naładowane jony wodoru
• Elektrony zostają oddzielone i przepływają przez zewnętrzny obwód elektryczny – tworząc prąd
• Protony łączą się z atomami tlenu z powietrza po stronie katody
• Produktem ubocznym jest wyłącznie czysta woda destylowana

Ogniwa paliwowe ważą około 40 kg i zlokalizowane są pod maską pojazdu. Silnik elektryczny o mocy 182 KM napędza koła tylne, natomiast nad tylną osią zlokalizowany jest niewielki akumulator litowo-jonowy (1,24 kWh), który wspomaga ogniwa paliwowe. System działa podobnie jak klasyczna hybryda Toyoty, ponieważ auto wodorowe dzieli z hybrydą aż 80% części. Dlatego Toyota – mając za sobą 30 lat doświadczeń z hybrydami THS – miała solidną bazę do budowania technologii wodorowej.

Dane techniczne Toyota Mirai II

• Moc silnika elektrycznego: 182 KM (134 kW)
• Moment obrotowy: 300 Nm
• Zasięg: do 650 km WLTP
• Tankowanie: 3–5 minut (5,6 kg wodoru w 3 zbiornikach o łącznej pojemności 142,2 l)
• Zużycie wodoru: 0,79–0,89 kg/100 km wg WLTP
• Ekwiwalent benzynowy: ok. 3,1 l/100 km (1 kg wodoru = 33,3 kWh = ok. 3,7 l benzyny)
• Przyspieszenie 0–100 km/h: 9 sekund
• Emisja z rury wydechowej: wyłącznie czysta woda

Przelicznik energetyczny: 1 kg wodoru zawiera energię ok. 33,3 kWh, natomiast 1 litr benzyny – ok. 8,9 kWh. Dlatego 1 kg wodoru odpowiada energetycznie ok. 3,7 litra benzyny. Przy średnim zużyciu 0,84 kg/100 km Mirai spala energetyczny ekwiwalent jedynie 3,1 litra benzyny na 100 km – lepiej niż hybryda THS. Jednak cena wodoru na europejskich stacjach (10–15 euro/kg) sprawia że koszt na 100 km jest porównywalny z benzyną, a nie z elektrycznym.

Niezawodność

Każdy układ ogniw paliwowych został zaprojektowany tak, aby służył przez cały okres eksploatacji samochodu. Toyota udziela ponadto gwarancji na ogniwa paliwowe przez 100 000 km. Ogniwa paliwowe są bezobsługowe i nie podlegają zużyciu – co jest kluczową przewagą nad silnikiem spalinowym. Brak oleju silnikowego, rozrządu, wtryskiwaczy i turbosprężarki eliminuje główne punkty awaryjne tradycyjnego napędu. Pierwsza generacja Mirai potwierdziła tę tezę, ponieważ poważne usterki mechaniczne ogniw paliwowych były rzadkością przez cały okres produkcji.

Zalety napędu wodorowego Toyota

• Tankowanie jak na stacji benzynowej – 3–5 minut zamiast godzin przy ładowaniu elektrycznym
• Zasięg 650 km – więcej niż większość elektryków w tej klasie cenowej
• Zerowa emisja spalin z rury wydechowej – jedynie woda
• Brak oleju silnikowego, rozrządu i sprzęgła – mniej elementów do serwisowania
• Oczyszczanie powietrza podczas jazdy – filtry wyłapują do 99,9% cząstek SO₂, NOx i pyłów. Jeżdżąc Toyotą Mirai przez 10 tysięcy kilometrów, oczyszczamy powietrze dla jednej osoby na cały rok
• Lekkie paliwo – 5,6 kg wodoru zamiast 700 kg baterii w elektrycznym aucie o podobnych osiągach
• 5 gwiazdek Euro NCAP – najwyższa ocena bezpieczeństwa

Wady napędu wodorowego Toyota

• Brak infrastruktury w Polsce – na razie w Polsce nie ma stacji umożliwiających tankowanie wodorem. Stacje planowane są m.in. w Katowicach, Lublinie i Wrocławiu, jednak harmonogram był wielokrotnie przesuwany
• Wysoka cena zakupu – cena Toyoty Mirai rozpoczyna się od około 300 000 złotych
• Koszt wodoru – cena na europejskich stacjach wynosi ok. 10–15 euro za kg, dlatego koszty na 100 km są porównywalne z benzyną, nie z elektrycznym
• Ograniczona sieć serwisowa – niewielu mechaników w Polsce zna ogniwa paliwowe
• Szary wodór – większość wodoru pochodzi z reformingu gazu ziemnego, dlatego bez zielonego wodoru ślad węglowy całego cyklu życia jest porównywalny z hybrydą

Czy to technologia przyszłości?

Toyota zdecydowanie tak uważa i inwestuje miliardy w rozwój wodoru nie tylko dla aut osobowych, ale również dla ciężarówek, autobusów i pociągów. Jednak w segmencie aut osobowych elektryczne BEV rozwijają się szybciej i mają dziś lepszą infrastrukturę. Dlatego dla przeciętnego kierowcy w Polsce Mirai jest dziś bardziej ciekawostką technologiczną niż praktyczną opcją zakupu. Zmieni się to gdy sieć stacji wodorowych w Polsce zostanie zbudowana – jednak to kwestia lat, nie miesięcy.