Planul Toyota pentru segmentul cargo: camioane cu motoare pe hidrogen

Deși în cursa pentru eficientizarea transporturilor, producătorii de camioane reușesc să scoată de pe liniile de fabricație vehicule din ce în ce mai puțin poluante, cu consum tot mai redus de carburant, motoarele clasice cu combustie internă au o extrem de mare problemă: combustibilii fosili sunt limitați, iar în acest secol se prognozează că rezervele se vor epuiza. O posibilă soluție sunt biocombustibilii, însă producătorii de camioane caută și alte soluții, prin care vehiculele să fie propulsate cu combustibili regenerabili. Motoarele electrice sunt primele vizate, însă și aici există mai multe variante. Cea mai testată în momentul de față este cea prin care pe camioane sunt montate acumulatori, care se reînarcă în stații special amenajate.

Soluția pe hidrogen, viitorul văzut de Toyota pentru camioane

Dar asta nu e singura soluție. Gigantul auto japonez Toyota și-a propus să testeze în acest an camioane cu motoare electrice care sunt alimentate de celule cu hidrogen. Sigur că la prima vedere pare ceva desprins din filmele SF, însă la bază e o tehnologie, un proces chimic, cunoscut de multă vreme și relativ banal: se folosesc electronii de hidrogen pentru a forma curent electric, apoi se formează apă prin combinarea cu oxigenul, pentru a răci întreg sistemul. Spre deosebire de sistemul care se bazează pe acumulatori, unde camionul depinde de o rețea de curent electric, alimentarea cu hidrogen permite o mai mare mobilitate. De asemenea, celulele de hidrogen sunt mai puțin voluminoase și mai ușoare decât acumulatorii, fiind la fel de puternici și având aceeași durată extrem de mare de viață. Aceste caracteristici le-a făcut atractive pentru propulsia unor camioane de transport marfă. Toyota, vede un viitor interesant pentru acest tip de motorizare, care are și avantajul de a avea zero emisii poluante, așa că a început testele, efectuând curse regulate cu astfel de camioane, în apropiere de Los Angeles, California, pe un drum de 112 km. Astfel, japonezii speră să colecteze destule date pentru a demonstra că aceste camioane cu motoare pe combustie electrică sunt de încredere și competitive din punct de vedere economic. În zone cum e și California, unde restricțiile legate de poluarea aerului sunt foarte exigente, aceste tehnologii ar putea schimba radical piața transporturilor cu camioane.

Cum funcționează motorul pe hidrogen?

În mod normal o celulă alimentată cu hidrogen produce un curent electric la o tensiune destul de scăzută. Ideea celor de la Toyota a fost să împacheteze mai multe sute de astfel de celule în pachete care sunt capabile astfel să furnizeze suficientă energie pentru a propulsa un camion. Fiecare celulă e de fapt o stație de generare de curent electric. Se folosește hidrogen sub presiune, care intră printr-o parte a celulei, trece printr-o membrană permeabilă, acoperită cu un material catalitic, în acest proces electronii fiind separați de moleculele de hidrogen. Când ajunge de cealaltă parte, hidrogenul este combinat cu oxigenul pentru a produce apa. Între timp, fluxul de electroni eliberați de membrana catalitică creează un curent electric ușor, de puțin sub un volt per celulă. Separarea electronilor de hidrogen creează o căldură destul de considerabilă, însă apa formată pe partea catodică a celulei de combustie ajută la răcirea sistemului și devine singura emisie a motorului montat pe aceste camioane.
Toyota, la fel ca și alți câțiva producători de autovehicule, utilizează o celulă foarte bine adaptată pentru vehicule, deoarece păstrează o temeratură de funcționare a motorului relativ rece, între 60 și 80 de grade Celsius.

Sistemul planului Toyota în cifre

Toyota a folosit pentru prima dată această tehnologie pe un vehicul în 2014, când a lansat modelul Mirai, din care a vândut până în februarie 2017 puțin peste 2.800 de bucăți în întreaga lume. Modelul folosește 370 de celule, într-un pachet compact care are o masă de 123 de kilograme și produce 151 cp. Pentru proiectul de adaptare a sistemului la camioane, se vor folosi două pachete de tipul celor de pe modelul Mirai, deci 740 de celule, care vor produce în total 500 de kW. În timpul rulării, sistemele montate pe aceste camioane sunt capabile să furnizeze suficientă energie electrică pentru a alimenta 130 de gospodării medii din SUA.
Sistemul este astfel gândit încât produce mai multă putere decât este necesar efectiv pentru propulsia acestor camioane. Surplusul, plus ceea ceea ce produce sistemul de recuperare a energiei electrice din frânare, se depozitează în acumulatoare și este folosit atunci când vehiculul are nevoie de putere suplimentară. Aici alegerea Toyota a fost diferită de la Mira la camioane. În timp ce pe automobil s-au folosit acumulatori cu nichel, pe camioane au fost montați acumulatori pe bază de litium, cu o mai mare capacitate de stocare. Pe camioane s-au folosit două motoare electrice, care furnizează împreună o putere de 670 cp. Evident, ca la orice alt vehicul dotat cu motor electric, aceste camioane nu produc emisii poluante și sunt extrem de silențioase în funcționare.

Gestiunea puterii și restul sistemului

Deși camionul își obține energia electrică din pachetele de celule, aceste camioane utilizează și un sistem complex de control al puterii pentru a se adapta la diferitele condiții de funcționare și solicitări de sarcină. Unitățile de control gestionează tensiunea sistemului și a bateriilor folosind convertoare și invertoare. În plus, unitatea mai vine dotată și cu un ansamblu de răcire, care folosește de fapt o pereche de sisteme de răcire pe lichid, care încorporează de asemenea radiatoare și ventilatoare, acestea fiind preluate tot de la modelul Mirai.
Pentru carburant, cei de la Toyota au prevăzut patru rezervoare care să stocheze hidrogenul sub presiune, fiecare având o capacitate de 10 kg de gaz comprimat la o presiune de aproximativ 700 de bari. Rezervoarele de hidrogen sunt fabricate din plastic de înaltă rezistență, învelite în material armat cu fibră de carbon, apoi acoperite cu plastic armat cu fibră de sticlă. Toyota a testat tancurile prin umplerea lor cu hidrogen și apoi așezându-le în concasoare mecanice, la temperaturi înalte (condiții care simulează accidente grave) pentru a verifica dacă vor exploda, însă ele au rezistat. Cei de la Toyota se așteaptă ca aceste camioane să aibă astfel o autonomie de funcționare de peste 380 de kilometri.
Iată o posibilă soluție pentru viitorul transporturilor într-un mediu mai sănătos. Cei de la Toyota dovedesc încă o dată, dacă mai era nevoie, că sunt realmente pionieri în domeniul cercetării în domeniul auto.