Világújításnak mondható fejlesztések
Sorozatunk első részében részletesen összefoglaltuk a hidrogén alapú társadalom kialakulásához szükséges legfontosabb tények. A folytatásban azt vesszük sorra, hogy a Hidrogén Tanács alapítójaként a Toyota eddig milyen hidrogén üzemanyagcellás modelleket mutatott be és jelenleg hol áll a technológia fejlettsége.
Az autóipar mind egybehangzóbban emlegeti a jövő üzemanyagaként a hidrogént. A Toyota szerint azonban ez nem fedi teljesen a valóságot: az ő alkalmazásukban már most is van létjogosultsága a technológiának.
A Toyota „Környezetvédelmi kihívás 2050” elnevezésű átfogó programja olyan ambiciózus emissziócsökkentési célokat tűz ki, amelyek nemhogy hagyományos belső égésű motorokkal, de még hibrid járművekkel sem teljesíthetők, még akkor sem, ha azok belső égésű komponensét bioüzemanyag működteti. Jelenlegi tudásunk szerint a tisztán elektromos meghajtás az egyetlen lehetőség arra, hogy a járművek helyi károsanyag-kibocsátás nélkül, illetve – megújuló forrásokból előállított villamos energia esetén – akár a forrástól a kerékig tartó (well-to-wheel) folyamat egészére vetítve emissziómentesen üzemeljenek.
Míg az autógyártók jelentős hányada akkumulátoros villanyautóban gondolkodik, azaz külső forrásból származó elektromos energiát kívánnak a fedélzeten tárolni, néhány vezető márka – köztük a Toyota – úgy véli, ésszerűbb magát az energiahordozót a járművön szállítani, és ebből a felhasználás pontján, azaz a jármű fedélzetén előállítani az elektromos áramot. Ennek az elvnek a legígéretesebb gyakorlati megvalósulása az üzemanyagcella, amely hidrogénből és oxigénből vegyi úton állítja elő az energiát, a folyamat egyetlen mellékterméke a víz.
Ami a tárolást illeti, azonos energiamennyiséggel számolva egy feltöltött hidrogéntartály térfogata (energiasűrűség), de különösen tömege (fajlagos energia) jóval kisebb még a modern akkumulátoros energiatároló rendszerekénél is. Az eltérés mértéke ráadásul a tárolni kívánt energiamennyiséggel exponenciálisan nő (1). Ez különösen alkalmassá teszi a technológiát a közlekedésben történő felhasználásra, hiszen itt a rendelkezésre álló hely, illetve a megengedhető tömeg egyaránt erősen korlátozott. Nem véletlen, hogy az autóipari döntéshozók szinte egybehangzóan támogatják a hidrogén üzemanyagcella elterjedését: a KPMG legfrissebb globális felmérése szerint 78 százalékuk (azaz ötből négy autóipari felsővezető) véli úgy, hogy ez a technológia jelenti majd az igazi áttörést a közlekedésben, és száz véleményformáló közül egy akad csupán, aki egyáltalán nem hisz a hidrogénben (2).
A felhasználás terén egyetlen autógyártónak sincs nagyobb tapasztalata a hidrogén üzemanyagcellás (FC) technológiákkal, mint a Toyotának. A japán vállalat 26 évvel ezelőtt, 1992-ben indította útjára FCEV (üzemanyagcellás elektromos gépkocsi) projektjét – korábban, mint hogy bemutatta volna korszakalkotó hibrid járművét, a Priust! Amikor ez utóbbit először láthatta az 1997-es Tokiói Autószalon közönsége, a standon már ott állt mellette a Toyota első kísérleti FCEV járműve, amely néhány hónappal korábban Oszaka utcáin részt vett egy felvonuláson (3).
A Toyota már ekkor lefektette a program máig gyakorolt alapelvét, azaz hogy házon belül fejleszti az FCEV járművek minden fődarabját: az elektromos meghajtás elemeit (akkumulátor, villanymotor és teljesítményszabályozó egység), az FC rendszer komponenseit (üzemanyagcella köteg, feszültségátalakító), valamint a nagynyomású hidrogéntároló tartályt. Ennek köszönhetően számos alkatrész és megoldás terén megelőzte az egész világot, amint egyre sűrűbben követték egymást a különböző lehetséges irányokat feltérképező prototípusok. 2001 végére már az ötödik generációs technológiánál tartottak, a folyamatos fejlesztések eredményeit közúti teszteken igazolták.
2002-ben jött el az első publikus áttörés: japán kormányzati engedély birtokában megkezdődhetett a Toyota FCHV-4 továbbfejlesztett változatának korlátozott értékesítése Japánban és az Egyesült Államokban, 2005-ben pedig a modell elnyerte a szabad forgalmazás elsődleges feltételének számító típusbizonyítványt. A 2008-as FCHV-adv modell egyetlen feltöltéssel 830 kilométert volt képes megtenni. Mindeközben nemcsak tökéletesedtek, de egyszerűsödtek is a technológiák, és ezzel párhuzamosan a költségek is drasztikusan mérséklődtek: a hidrogén technológiák fejlesztésének legutóbbi húsz éve során a Toyota 95 százalékkal csökkentette a költségeket.
Mire a Toyota Mirai szedánt 2015 nyarán bevezették, a cég több mint 5600, hidrogén üzemanyagcellához kapcsolódó szabadalmat jegyeztetett be. Ezeket azonban egyedülálló módon szabadon elérhetővé tette a teljes iparág számára, ezzel is elősegítve az üzemanyagcella közlekedésben és az általános gazdaságban történő felhasználását, és ezáltal egy hidrogén alapú társadalom kialakulását.
Már csak azt nem árultuk el, mi köze van a szövőszéknek a hidrogén üzemanyagcellához. Nos, a Toyota autógyár alapítójának édesapja, Sakichi Toyoda a szövőiparban tevékenykedett. Miután a fiú, Kiichiro Toyoda meggyőzte őt arról, hogy az automobiloké a jövő, az autógyártás beindításához szükséges tőkét legfontosabb szabadalmának, az automata szövőszéknek az eladásából teremtette elő. Maga az autógyár, a későbbi Toyota Motor Co. is a szövőszéküzem leányvállalataként kezdte meg működését 1933-ban. Ugorjunk most pár évtizedet, egészen a Toyota Mirai üzemanyagcellás szedán fejlesztéséig. Ennek hidrogéntartályát rendkívül vékony és erős karbonszálakból állították elő, tekercseléses eljárással. A Toyota textilipari múltja és tapasztalata itt jutott szerephez: nem elég, hogy a vállalat mérnökei az iparági normánál hatszor rövidebb idő alatt voltak képesek kifejleszteni a tartályt, de az általuk elkészített tartály kétszer akkora üzemi nyomáson (690 bar) tölthető, így nagyobb mennyiségű üzemanyagot tudott felvenni, mint korábban.
