A hidrogénhajtású belső égésű motortechnológia közel zéró károsanyag-kibocsátást biztosít, miközben megtartja a hagyományos erőforrások által nyújtott hangélményt és egyéb pozitív jellemzőket. Kritikusai szerint ugyanakkor a hidrogénhajtású belső égésű motorok nem elég hatékonyak, az elektromos autóknál költségesebb a karbantartásuk és szemben a hidrogén üzemanyagcellás elektromos és akkumulátoros elektromos meghajtásokkal nem teljesen zéró emissziósak.
A hidrogén a világegyetem leggyakoribb eleme, megközelítőleg százszor gyakoribb, mint az összes többi elem együttvéve (ha a héliumot nem vesszük figyelembe), és kedvező tulajdonsága, hogy megfelelő hőmérsékleten (550-600 Celsius fokos szikra vagy gyújtóláng hatására) az oxigénnel reakcióra lépve elég, mellékterméke pedig nem más, mint a tiszta víz, amelynek képlete gyermekkorunk kémiai tanulmányaiból is ismert: H2O. Ennek okán a hidrogénnek ’bérelt helye van’ új zöld gazdaságban, nem véletlenül épült be már több mint egy évtizede a ’hidrogén alapú társadalom’ fogalma a fenntartható fejlődés következő lépcsőjét kutató gondolkodásba.
Töltési idő, hatótáv? Egy-null a hidrogén javára.
A személyautózás kapcsán már megosztottabb a szakma. Van aki az szerint az akkumulátoros elektromos autók a legtöbb felhasználó számára remekül képesek ellátni a feladatukat, és megvannak a maguk előnyei is, például az otthoni vagy irodai töltés lehetősége, amely kényelmesebb, mint a jelenleg még igen kis számban megtalálható hidrogénkutak elérése, ráadásul sokkal hatékonyabban használják fel az áramot, hiszen szinte az összes beléjük táplált energiát képesek visszaadni a kerekeken nyomaték formájában. Valójában az egyetlen jelentős energiaveszteség, amellyel az akkumulátoros elektromos járművek üzemeltetése során találkozunk az erőátvitelnél jelentkezik. Ez az érv ugyanakkor nem számol azzal, hogy az számos szakértő szerint a hidrogén töltőállomás hálózat kialakítása a jelenlegi töltőállomás infrastruktúra részleges átalakításával/bővítésével sokkal kisebb technológiai kihívást jelentene, mint az elektromos autók számának növekedésével párhuzamosan szükségessé váló, az eddigieknél sokkal nagyobb teljesítményű elektromos fővezetékeket igénylő elektromos töltőhálózat bővítés.
Ott van természetesen emellett a hatótáv és töltés/tankolás idejének kérdése amelyre részben választ adhat szilárdtest akkumulátoros szélesebb körű elterjedése. Jelenleg ugyanakkor ezen a téren egyértelműen a hidrogén üzemanyagcellás elektromos autók javára billen a mérleg: az elektromos töltőknél való hosszas várakozás után is csak korlátozott hatótáv helyett a hidrogén üzemanyagcellás Toyota Mirait például mindössze 3-5 perc alatt megtankolhatjuk, és élvezhetjük az akkumulátoros elektromos autók esetében még meglehetősen ritkaságszáma menő 650 kilométeres hatótávot.
Energiahatékonyság? Egy-egy.
Tisztán energiahatékonyság szempontjából a hidrogén felhasználásának hatékonysága elmarad a tisztán elektromos energiától. A víz elektrolízises (oxigénre és hidrogénre történő) bontása, a hidrogén kompressziója és szállítása közben is vész el energia szemben azzal, hogy ha ugyanezt a például egy szélerőmű által megtermelt elektromos áramot közvetlenül felhasználnánk. Más kérdés, hogy kapacitáscsúcsok esetén, amikor az elektromos hálózat nem képes felvenni több elektromos áramot, elveszítjük a megújuló energiaforrás által ez idő alatt potenciálisan megtermelt energiát, amit ilyenkor arra is használhatnánk, hogy sokkal egyszerűbben és olcsóbban raktározható és transzferálható hidrogént állítsunk elő, 100%-ban kihasználva a megújuló energiaforrásokban rejlő potenciált. Korábban számolni kellett azzal is, hogy ha a járművet sokáig állni hagyják hidrogén lassan kiszivárog a tartályból, és bizonyos energiaveszteség lép fel az üzemanyagcellán keresztül történő visszavezetésben, is, miközben a hidrogént elektromos árammá alakítja a rendszer. Egyes számítások szerint az akkumulátoros felhasználás hatásfoka 75-85 százalék körül van, az üzemanyagcellás esetében 30-35 százalékkal számolhatunk, ezt a különbséget ugyanakkor árnyalják a korábban említett infrastrukturális, használhatósági (töltési idő és hatótáv) és a megújuló enerigaforrások kihasználtságának kérdését érintő szempontok.
Akkor melyik a jobb?
Ahogyan az a fentiekből kiderült, van olyan helyzet, felhasználási terület, amikor a hidrogén üzemanyagcellás elektromos, és van olyan amikor az akkumulátoros elektromos meghajtás bizonyulhat praktikusabb, hatékonyabb megoldásnak. Nem véletlen, hogy a Toyota ezek egymást kiegészítő együttélését vizionálja, és miközben 2030-ig harminc akkumulátoros elektromos Toyota és Lexus modell bemutatását ígéri, folyamatosan fejleszti a hidrogén üzemanyagcellás elektromos hajtást is, és nem rejti véka alá, hogy a Toyota Mirai személyautó, a Toyota Sora busz, valamint a hidrogén üzemanyagcellás Toyota targoncák, buszok, mozdony és hajók) mellett további üzemanyacellás Toyota személyautók is várhatóak majd a következő években.
Hogy jönnek a képbe a hidrogénhajtású belsőégésű autók?
Az elmúlt hónapokban egyre többet hallani ugyanakkor a hidrogénnel hajtott belső égésű motorokról: a Toyota nemcsak a versenypályán bizonyított Japánban egy ilyen meghajtással működő Corollával, de a GR Yaris utcai sportautóból is készített egy ilyen tanulmányt, sőt, a Yamaha is fejleszt számára egy 5 literes, 450 lóerős V8-as belső égésű hidrogénhajtású motort (a Toyota egyébiránt 3,6%-os részesedéssel bír a Yamahában), és persze más autógyártók háza tájáról is érkeznek hasonló hírek.
A hidrogén elégethető belső égésű motorokban, ennek melléktermékeként pedig a hidrogén üzemanyagcellás elektromos autókhoz hasonlóan tiszta víz keletkezik, ám a teljes energiahatékonyság 5 százalékponttal rosszabb, mint üzemanyagcellás rendszerek esetében. Ezen felül, míg a hidrogén égésterméke tiszta víz, a levegőben történő elégetése némi dinitrogén-oxid kibocsátásával is jár, és mivel a motor kenése olajjal történik, ez részecskekibocsátást eredményez. Annak érdekében, hogy ezeknek az anyagoknak a kibocsátását megakadályozzák, a gyártók katalitikus szűrőket szerelnek fel, ám 100%-ban ez sem képes kiválasztani minden részecskét, így a hidrogénégetés kevésbé hatékony és kevésbé tiszta, mint a hidrogén üzemanyagcellás elektromos járművek működése. Érdekes szempont emellett a karbantartás kérdése is. Míg ugyanis az elektromos hajtásláncok (akár az akkumulátoros elektromos, akár a hidrogén üzemanyagcellás elektromos) nagyon kevés odafigyelést igényelnek, a belső égésű hajtásláncok rendszeres karbantartásra szorulnak. Hatalmas előnyt jelent ugyanakkor az, hogy a belsőégésű hajtásláncok fejlesztésében az autóipar évszázados tapasztalatokkal rendelkezik, így a legtöbb autógyártó viszonylag könnyen be tudna lépni erre a területre, az pedig nem csupán drasztikus csökkenést jelentene a mostani belsőégésű motorokkal szerelt járművek kibocsátásához képest, de nagy motivációt jelentene a hidrogén töltőállomás hálózat kialakításának felgyorsítására is, ezzel hozzájárulva a teljesen zéró emissziós hidrogén üzemanyagcellás elektromos autók széleskörű elterjedésének felgyorsításához.
Ez lehet a zöld megoldás a vezetés szerelmesei számára?
Minden jel arra mutat, hogy az autógyártók azon dolgoznak, hogy a karbonsemlegesség világában a vezetés szerelmesei számára is tudjanak választást kínálni, erre pedig tökéletes lehet a hidrogénnel hajtott belső égésű erőforrás. Erre utal Yoshihiro Hidaka, a Yamaha Motor elnöke is a Toyota számára fejlesztett hidrogénhajtású belső égésű motor kapcsán: „Azon dolgozunk, hogy 2050-re elérjük a karbonsemlegességet, ugyanakkor a „Motor” kifejezés cégünk nevében is szerepel, ennek megfelelően pedig szenvedélyes viszonyunk van a belső égésű motorokkal, és elkötelezettek vagyunk irányukba.”
Bár az elektromos modellek kétségkívül hatékonyabbak, és a zöld lámpánál elindulva gyorsabbak is (elég ha csak a Toyota által nemrégiben bejelentett, a közeljövőben érkező szilárdtest akkumulátoros Lexus sportautóra gondolunk, amely 2 másodperc közeli 0-ról 100 km/órás sebességre gyorsulást és 700 kilométeres hatótávot ígér) mint benzinégető társaik, mindez koránt sem elég a szenvedélyes autórajongók számára, akiknek elengedhetetlenek az olyan részletek, mint a kuplung, a fújtató motor, az érdekes nyomatékgörbék vagy éppen a sebességváltó. A hidrogénhajtású motorok pedig mindezt átmenthetik egy új, zöld(ebb) világba. A szenvedélyes autórajongók újra és újra bebizonyították, hogy szívesen költenek többet üzemanyagra, ha cserébe több élményt kapnak. A hidrogénhajtású belsőégésű motorok pedig ideális választást jelenthetnek számukra, ha a teljesítmény zajos élménye mellett a környezettudatosságot is fontosnak tartják…vagy ha végül kénytelenek lesznek váltani.
„Én személy szerint nem csak a teljesítményre szeretnék törekedni, hanem a belső égésű motorok új varázsára is, amelyet a világ még nem tapasztalt meg” – fogalmaz Yamada.
Hogy működik egy ilyen autó a gyakorlatban?
A Toyota tavaly decemberben mutatta be kísérleti hidrogénhajtású, belsőégésű motortechnológiáját a többszörösen díjnyertes GR Yaris lemezei alatt. A kísérleti járműben felhasznált hidrogén, az üzemanyagtartály és az utántöltés mikéntje is megegyezik a Toyota sorozatgyártású üzemanyagcellás elektromos zászlóshajójában, a Miraiban használt megoldásokkal. Ugyanakkor míg a Mirai az üzemanyagcellákban kémiai reakciót alkalmaz az energia előállítására, a kísérleti GR Yaris belső égésű motorral van szerelve, amely hidrogént használ üzemanyagként. Míg a hidrogénhajtású belsőégésű motortechnológia – amellyel 2017-ben kezdtek el foglalkozni – még a koncepcionális fejlesztés és tesztelés korai szakaszában van, és így sorozatgyártásra nem alkalmas, addig a Toyota hidrogénnel hajtott kísérleti versenyautójában, a Corolla Sportban már most tanúbizonyságot tett kiváló teljesítményéről a japán versenyeken, miközben közel zéró károsanyagot bocsát ki a kipufogóin keresztül. A hidrogénhajtású kísérleti GR Yaris és Corolla Sport ugyanazt a G16E-GTS jelű 1,6 literes, soros háromhengeres turbómotort használja, amely a díjnyertes GR Yarisban is megtalálható, de természetesen módosított üzemanyag-ellátási és befecskendező rendszerrel, amelyeket a hidrogénhez igazítottak. A hidrogén gyorsabban ég, mint a benzin, ami jó reakciókészséget és kiváló környezeti teljesítményt biztosít. Amellett, hogy rendkívül tiszta, a hidrogén elégetésének megvan az a plusz előnye is, hogy szórakoztató vezetési élményt biztosítson a belső égésű motorokra jellemző hanghatások és egyéb pozitív jellemzők megtartásával. Mindez pedig az elkövetkező években érdekes autóipari fordulatot hozhat.
