Iako su električni automobili tek počeli 'živjeti' u većoj mjeri, i govori se kako njihovo vrijeme tek dolazi, mnogi pak spominju kako je budućnost ipak u gorivim člancima, a ne električnoj energiji pohranjenoj u baterijama. Na našim se područjima jako malo zna o vozilima koji koriste gorivne članke (ili kako se u početku govorilo - gorive ćelije) eng. Fuel Cell. Doduše, kod nas mnogo toga dolazi jako sporo i dosta kasnije nego u mnoge zapadnoeuropske zemlje ili pak SAD, Japan, Kinu...

Uglavnom, vozila koja koriste gorivne članke nisu nikakav bauk, razvijaju se već vrlo dugo. Isto tako se i proizvode, doduše u malim količinama. Najveći problem vozila koja koriste gorivne ćelije je njegovo 'gorivo'. Riječ je o vodiku, a čiji je problem skladištenje, odnosno njegova dostupnost. Tako se spominjalo kako je trošak izgradnje jedne punionice za vozila na vodik barem 10 milijuna kuna. Primjera radi, cijena jedne punionice za električna vozila je i više nego deset puta povoljnija. No, vratimo se mi onome što je današnja tema - Toyota, i njihov model Mirai.

Gorivni članci još od 1992. godine

Toyotina vizija budućeg održivog društva se temelji na vodiku, te prepoznaje vrijednost vodika kao održivog i obilnog izvora za prijenos i pohranu energije. U Toyoti smatraju kako ima potencijal ostvarivanja kretanja uz nultu emisiju CO2, ne samo u cestovnim vozilima, nego isto tako i u vlakovima, brodovima i zrakoplovima, te stvaranja energije za industriju, urede i kućanstva. Osim toga, to je učinkovit način pohrane obnovljive energije uz mogućnost prijenosa onamo gdje je potrebna.

Ovaj je japanski proizvođač započeo razvoj električnih vozila s vodikovim gorivnim člancima još 1992. godine, dok je tijekom 2014. godine predstavljana limuzina Mirai. Ne zaboravimo kako Toyota ima veliko i dugogodišnje iskustvo u hibridnoj tehnologiji, a time i ključnoj tehnologiji za široku paletu pogonskih sklopova različitih električnih vozila.

Osnovni koncept hibridnog pogona je uspješno primijenjen u stvaranju hibridnih električnih (HEV), plug-in hibridnih električnih (PHEV), baterijskih električnih (BEV) i - a, tu je Mirai predvodnik - električnih vozila s gorivnim člancima (FCEV). Svaki ima kvalitete primijenjene za različite zahtjeve mobilnosti: na primjer, BEV za kraće gradske vožnje; HEV i PHEV za općenitiju primjenu i osobna putovanja na veće udaljenosti; a FCEV za veće i teže putničke automobile, teška vozila i javni prijevoz.

Nova, druga generacija modela Mirai donosi sveobuhvatno izmijenjen sustav gorivnih članaka, inteligentno pakiranje i aerodinamičku učinkovitost, a što sve zajedno pomaže u povećanju dosega vožnje na oko 650 km, pri čemu je voda jedini ispust.

Poboljšanje performansi

Razvoj nove izvedbe modela Mirai napravljen je u cilju popularizacije ovog modela, odnosno povećanja privlačnosti kupcima. Ne mislimo tu samo na razinu performansi, već i samog izgleda te doživljaja automobila, odnosno načina na koji se vozi. Jedan od najvećih prioriteta svakako je bio povećati doseg, odnosno premašiti udaljenosti koje uobičajeno dosežu baterijska električna vozila. Povećana snaga i kapacitet spremnika vodika, poboljšana učinkovitost i bolja aerodinamika, sve to pridonosi povećanju dosega vožnje za 30%, na oko 650 km. Time novi Mirai dobiva istinske mogućnost vožnje na duge staze.

Korištenje nove platforme GA-L je omogućilo slaganje gorivnih članaka i sklopova pogonskog sustava tako da se bolje iskoristi raspoloživi prostor. Rezultat je prostranija putnička kabina s pet sjedala te bolja ravnoteža podvozja. Možda najznačajnije, time se omogućava ugradnja tri visokotlačna spremnika vodika, čime se poveća količina goriva, a time i veći doseg vožnje automobila - za 30%.

Spremnici vodika raspoređeni su u obliku 'T', pri čemu je najduži postavljen centralno uzdužno i središnje, ispod podnice vozila, dok su dva manja spremnika postavljena bočno ispod stražnjih sjedala i prtljažnika. Sveukupno, u njih je moguće smjestiti 5,6 kg vodika, u usporedbi s 4,6 kg u dva spremnika na dosadašnjem Miraiju. Njihov smještaj pridonosi nižem težištu vozila, a bez gubitka obujma zapremine prtljažnika.

Ova nova arhitektura omogućava i pomicanje potpuno novih vodikovih gorivnih članaka iz njihovog sadašnjeg položaja, ispod podnice u prednji prostor (ekvivalent prostoru motora), dok su (kompaktnija) visokonaponska baterija i elektromotor smješteni iznad stražnje osovine. Time se dobio idealan omjer težine - 50:50. Sami spremnici su čvršći, višeslojne konstrukcije te izuzetno težinski učinkoviti - vodik čini tek 6% ukupne težine goriva i spremnika.

Učinkovitiji i dobro uravnoteženi razmještaj novog pogonskog sklopa FCEV - prije svega premještanje paketa gorivnih članaka, više nisu ispod kabine, nego u 'prostoru motora' - omogućio je prostraniju unutrašnjost s pet sjedala i povećanje prostora za noge kod putnika na stražnjoj klupi.

Novi Mirai ima idealnije proporcije. Ukupna visina je smanjena za 6,5 centimetara na 147 cm, a međuosovinski razmak je povećan za 14 cm (292 cm). Stražnji prevjes je povećan za 8,5 cm, a ukupna duljina vozila je sada 497,5 cm. Povećanje širine traga za 7,5 cm i korištenje većih guma (od 19 i 20 cola) povećava stabilnost vozila, kao i doprinosi dinamičnijem stavu.

Time je ispunjen jedan od glavnih ciljeva novog Miraija. Naime, težilo se tome da se vozilu da snažnija emotivna privlačnost, čineći ga automobilom koji će privući kupce zbog svog izgleda i načina na koji se vozi, a pored ekoloških pogodnosti.

Novi paket gorivnih članaka

Novi paket gorivnih članaka i pretvarač snage gorivnih članaka (FCPC) razvijeni su posebno za korištenje na platformi GA-L. Konstruktori su uspjeli posložiti sve dijelove unutar okvira paketa (uključujući pumpe vode, intercooler, klima-uređaj i zračne kompresore te pumpu za recirkulaciju vodika) pri čemu su svaki sklop učinili manjim i lakšim, a istovremeno poboljšavajući performanse. Kućište paketa gorivnih članaka je sada manje zahvaljujući zavarivanju trenjem, što je smanjilo zazor između gorivnog članka i kućišta.

Paket gorivnih članaka koristi kruti polimer, kao na aktualnom Miraiju, ali je sada manji i ima manje članaka (330 umjesto 370). Unatoč tome, postavio je novi rekord u pogledu specifične gustoće snage od 5,4 kW/l (isključujući rubne ploče). Najveća snaga je tako povećana sa 114 kW na 128 kW. Poboljšan je i rad na niskim temperaturama, pa je sada pokretanje moguće i pri -30˚ Celzija.

Koncentracijom spojeva sustava unutar kućišta, smanjen je broj potrebnih dijelova, čime je ostvarena dodatna ušteda prostora i težine.

Gotovo isto, a naprednije

Usredotočivši se na inovacije i poboljšanja u svim komponentama, ostvarena je ušteda na težini od 50%, uz povećanje snage od 12%. Nove mjere uključuju pomicanje paketa, smanjenje veličine i težine članaka, optimiranje oblika separatora plinskog voda i korištenje inovativnih materijala za elektrode.

Ovaj sklop uključuje i istosmjerni konverter gorivnih članaka (Fuel Cell DC-DC Converter - FDC) kao i modularne visokonaponske dijelove, uz smanjenje veličine za 21% u usporedbi s aktualnim sustavom. Težina je smanjena za 2,9 kg, na 25,5 kg. Napredna tehnologija je pridonijela uštedi prostora, uz prvo Toyotino korištenje poluvodičkog materijala sljedeće generacije od silicijevog karbida u tranzistorima inteligentnog modula snage (IPM). Time se omogućava povećanje izlazne snage i manja potrošnja električne energije uz istovremeno korištenje manje tranzistora, što s druge strane omogućava smanjenje dimenzija FCPC-a.

Isti pristup smanjenja veličine i težine je primijenjen i na druge dijelove paketa gorivnih članaka. Ulaz zraka je oblikovan kako bi omogućio mali gubitak tlaka i sadrži materijale koji upijaju zvuk, pa je tako šum iz usisnika zraka nezamjetan u kabini. Ispuh koristi cijev od smole te je oblikovan tako da omogući izbacivanje velike količine zraka i vode; prigušivač velikog kapaciteta pridonosi tišini u kabini. Cjelokupni zračni sustav je gotovo 30% manji nego na aktualnom Miraiju, a teži više od trećine manje (34,4%).

Litij-ionska baterija

Novi Mirai je opremljen visokonaponskom litij-ionskom baterijom umjesto nikal-metal hidridnog sklopa aktualnog modela. Iako je manja veličinom, energija je gušće pohranjena, pa je izlazna snaga veća, a uz smanjeni utjecaj na okoliš. Sadrži 84 članka, napon je 310,8 V umjesto 244,8 V, a kapacitet je 4,0 Ah, umjesto 6,5 Ah. Ukupna težina je smanjena s 46,9 na 44,6 kg. Snaga je povećana s 25,5 kW x 10 sekundi na 31,5 kW x 10 sekundi.

Manje dimenzije baterije omogućavaju njezin smještaj iza stražnjih sjedala, pri čemu ne smanjuju veličinu prtljažnika. Ostvarena je optimirana trasa zraka za hlađenje, s diskretnim usisnicima s obje strane stražnjih sjedala.

Dinamičke performanse

Kao što smo već spomenuli, nova platforma donijela je niže težište, poboljšane inercijske karakteristike te značajno povećanje krutosti karoserije, što sve pridonosi vrhunskim dinamičkim performansama. Krutost karoserije povećana je strateškim razmještajem ukruta i ojačanja, širom primjenom ljepila, te korištenjem laserskog zavarivanja.

Nova platforma donosi i korištenje prednjeg i stražnjeg multilink ovjesa umjesto dosadašnje konfiguracije s MacPhersonovom nogom sprijeda i torzijskim štapom straga. Ovakva izvedba omogućava još veću stabilnost, upravljivost i udobnost vožnje. Pojedinosti uključuju korištenje debljih stabilizatora, optimalni smještaj gornjeg i donjeg kuglastog zgloba i sveukupno veću krutost ovjesa, pružajući pogodnosti u pogledu odziva i stabilnosti.

Dodatne pogodnosti su postignute korištenjem većih naplataka i guma na Miraiju. Na naplatke od 19 i 20 cola postavljene su gume 235/55 R19 odnosno 245/45 R20, s malim otporom kotrljanja i malom bukom, dodatno pridonoseći smanjenju potrošnje goriva, kvaliteti upravljanja, stabilnosti i maloj razini buke u kabini. Korištenjem naplataka i guma većeg promjera ostvaren je prostor potreban za novi raspored s tri spremnika vodika.

Poboljšana aerodinamika, s nižim krovom, punom donjom podnicom i manjim koeficijentom otpora zraka, isto tako igra ulogu u podizanju kvalitete upravljanja i stabilnosti, kao i ostvarivanju većeg dosega vožnje. Dodatna snaga koju proizvode novi paket gorivnih članaka i baterija prikuplja se radi osiguravanja mirnog, linearnog pokretanja, uz ubrzanje usklađeno s vozačevim pritiskom na papučicu gasa. Vožnja na autocesti je opuštena i bez napetosti, uz odličan odziv dostupan pri svim brzinama. U vožnji po zavojitim, otvorenim cestama, staloženost novog Miraija se kombinira s dobrim ubrzanjem na izlasku iz zavoja.

Tijekom vožnje Toyote Mirai nadmašuje se puka nulta emisija, te se ide do 'negativne emisije' - ovaj automobil doista čisti zrak dok se kreće. Naime, Toyotina inovacija, pročistač nalik katalizatoru je smješten u usisu zraka. Kako vozilo uvlači zrak radi dobave do gorivnog članka, električni naboj na tekstilnom ulošku zraka hvata mikroskopske čestice onečišćenja, uključujući sumporov dioksid (SO2), dušične okside (NOx) i čestice PM 2,5. Ovaj sustav učinkovito uklanja 90 do 100% čestica promjera od 0 do 2,5 mikrona iz zraka koji prolazi kroz sustav gorivnih članaka.

Očekuje se deseterostruko povećanje prodaje

Uz uvođenje novog Miraija, Toyota želi ostvariti veću tržišnu penetraciju uz deseterostruko povećanje prodaje. Ovakvom rastu će pridonijeti snažnije performanse novog modela i veća privlačnost za kupce, prije svega zahvaljujući činjenici da je sada dostupniji jer je prodajna cijena smanjena za oko 20%.

Praktičnost vlasništva vodikovog FCEV će se isto tako stabilno povećavati kroz poboljšanje infrastrukture vodika na tržištima, povećanje broja punionica i kako vlade i lokalne vlasti budu uvodile nove poticaje i propise za čišću mobilnost.

• +35