Οι αυτοκινητοβιομηχανίες εξελίσσουν τις κυψέλες καυσίμου

Τα αμιγώς ηλεκτρικά αυτοκίνητα και τα μοντέλα που εξοπλίζονται με κυψέλες καυσίμου θα συμβάλουν καθοριστικά στη μείωση των εκπομπών του CO2.

Οι κατασκευαστές αυτοκινήτων εξελίσσουν και τις κυψέλες καυσίμου για να ενισχύσουν την προσπάθεια να περιορισθούν οι εκπομπές των επικίνδυνων ρύπων από τα αυτοκίνητα.

Οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να χαρακτηριστούν σαν κέντρα ενός συστήματος το οποίο χρησιμοποιεί το υδρογόνο ως καύσιμο. Αναλαμβάνουν τη μετατροπή του καυσίμου σε χρήσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Η έννοια της κατάλυσης παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στη λειτουργία μιας κυψέλης καυσίμου.

Η κυψέλη καυσίμου αποτελείται από ένα μηχανισμό για μετατροπή του υδρογόνου και οξυγόνου σε νερό, παράγοντας ταυτόχρονα με τη διαδικασία αυτή, ηλεκτρισμό και θερμότητα. Ο ηλεκτρισμός παράγεται με τη μορφή συνεχούς ρεύματος. Η πρώτη κυψέλη φτιάχτηκε από τον Sir Γουίλιαμ Γκρόουβ, το 1839. Ωστόσο η συστηματική έρευνα πάνω σε αυτές άρχισε μόλις τη δεκαετία του 1960, όταν η NASA χρησιμοποίησε κυψέλες καυσίμου στα διαστημικά σκάφη των προγραμμάτων Τζέμινι και Απόλλων ως φθηνότερη λύση από την ηλιακή ενέργεια.

Το πρόγραμμα εξέλιξης των κυψελών καυσίμου που αποτελούν την πηγή ενέργειας των αυτοκινήτων μηδενικών ρύπων περιλαμβάνει και δοκιμές σε ακραίες συνθήκες.

Τα οχήματα του πιλοτικού στόλου της BMW iX5 Hydrogen, δοκιμάστηκαν και σε υψηλές θερμοκρασίες στα Ηνωμένα Αραβικά Εμιράτα. Το σύστημα κίνησης κυψέλων καυσίμου του αυτοκινήτου απέδωσε ακόμη και σε θερμοκρασίες που έφτασαν τους 45°C, σε άμμο και σκόνη, καθώς και σε μεταβαλλόμενες κλίσεις και σημαντικές διακυμάνσεις της υγρασίας.

Το σύστημα κυψελών καυσίμου, οι δύο δεξαμενές υδρογόνου, ο ηλεκτροκινητήρας και η μπαταρία ισχύος συνεργάστηκαν με την κεντρική μονάδα ελέγχου του οχήματος επιδεικνύοντας υψηλη απόδοση.

Οχήματα από τον πιλοτικό στόλο δοκιμάζονται σε Ευρώπη, Ιαπωνία, Κορέα, Κίνα, ΗΠΑ και Μέση Ανατολή. Στόχος είναι να τονιστεί η καθημερινή χρηστικότητα των οχημάτων που κινούνται με υδρογόνο και, πέραν αυτού, να αποκτηθούν σημαντικές γνώσεις για την ανάπτυξη ενός πιθανού μοντέλου ευρείας παραγωγής.

Το BMW Group χρησιμοποιεί τον πιλοτικό στόλο για να παρέχει υποστήριξη σε περιφερειακό επίπεδο για την ανάπτυξη μιας υποδομής ανεφοδιασμού που μπορεί να χρησιμοποιηθεί υιοθετώντας τεχνολογία ανεφοδιασμού υπό πίεση 700 bar σε όλες τις κατηγορίες οχημάτων – από επιβατικά αυτοκίνητα και μικρά van μέχρι λεωφορεία και βαρέα επαγγελματικά οχήματα. Οι συνέργειες μεταξύ των διαφόρων τομέων εφαρμογής προσφέρουν επίσης σημαντικό πεδίο για τη δημιουργία ενός ισχυρού δικτύου προμηθευτών στην τεχνολογία υδρογόνου και τη μείωση του κόστους.

Η BMW iX5 Hydrogen συνδυάζει την ικανότητα κάλυψης μεγάλων αποστάσεων και τις σύντομες στάσεις ανεφοδιασμού με τις μηδενικές εκπομπές ρύπων.

Διαθέτει ένα σύστημα κυψελών καυσίμου που παράγει ισχύ 125 kW/170 ίππων και μια ενσωματωμένη μονάδα κίνησης που χρησιμοποιεί την τεχνολογία BMW eDrive πέμπτης γενιάς (ο ηλεκτροκινητήρας, το κιβώτιο ταχυτήτων και τα ηλεκτρονικά ισχύος είναι συγκεντρωμένα σε ένα συμπαγές περίβλημα).

Η ισχύς του συνολικού συστήματος κίνησης είναι 295 kW / 401 ίπποι. Το υδρογόνο που απαιτείται για την τροφοδοσία της κυψέλης καυσίμου αποθηκεύεται σε δύο δεξαμενές υπό πίεση 700 bar, οι οποίες είναι κατασκευασμένες από πλαστικό ενισχυμένο με ανθρακονήματα (CFRP). Μαζί, αυτές οι δεξαμενές μπορούν να χωρέσουν περίπου έξι κιλά υδρογόνου, προσφέροντας στην BMW iX5 Hydrogen αυτονομία 504 χλμ. στον κύκλο WLTP.

Δοκιμές έγιναν και σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η BMW iX5 Hydrogen υποβλήθηκε σε ένα απαιτητικό πρόγραμμα δοκιμών σε εξαιρετικά δύσκολες καιρικές συνθήκες σε δημόσιους δρόμους και στο κέντρο δοκιμών του BMW Group στο Arjeplog, στη Β. Σουηδία.

Με τις δοκιμές κοντά στον Αρκτικό Κύκλο, το BMW Group προάγει τη διαδικασία εξέλιξης της BMW iX5 Hydrogen.

Σε αυτές τις δοκιμές στον πάγο και το χιόνι γύρω από το Arjeplog, η BMW iX5 Hydrogen σε αυτές τις ακραίες χαμηλές θερμοκρασίες, το σύστημα κίνησης κυψελών καυσίμου υδρογόνου προσφέρει καθημερινή χρηστικότητα εφάμιλλη με ενός συμβατικού κινητήρα εσωτερικής καύσης. Η πλήρης ισχύς του συστήματος είναι άμεσα διαθέσιμη. Ακόμα και σε αυτές τις παγωμένες συνθήκες, το σύστημα κίνησης εξακολουθεί να είναι πλήρως λειτουργικό σε ένα ευρύ φάσμα. Ο ανεφοδιασμός των δεξαμενών υδρογόνου διαρκεί μόνο από τρία έως τέσσερα λεπτά, ακόμα και στην καρδιά του χειμώνα.

Η δεύτερη γενιά του ηλεκτρικού σεντάν κυψελών καυσίμου υδρογόνου Toyota Mirai φέρει πλήρως επανασχεδιασμένο σύστημα κυψελών καυσίμου, με σημαντικές μειώσεις στο μέγεθος και το βάρος όλων των κύριων εξαρτημάτων. Η νέα πλατφόρμα και το ανασυσκευασμένο σύστημα μετάδοσης κίνησης επιτρέπουν την προσθήκη τρίτης δεξαμενής καυσίμου υδρογόνου, συμβάλλοντας στην αύξηση της αυτονομίας του αυτοκινήτου κατά 30% σε περίπου 650 χλμ. Εύκολος ανεφοδιασμός σε πέντε λεπτά ή λιγότερο.

Η νέα μονάδα κυψελών καυσίμου και ο μετατροπέας ισχύος κυψελών καυσίμου (FCPC) έχουν αναπτυχθεί ειδικά για χρήση με την πλατφόρμα GA-L. Οι σχεδιαστές μπόρεσαν να ενώσουν όλα τα στοιχεία στο πλαίσιο της μονάδας κυψελών καυσίμου (συμπεριλαμβανομένων των αντλιών νερού, του intercooler, του κλιματισμού και των αεροσυμπιεστών και της αντλίας ανακυκλοφορίας υδρογόνου) με κάθε μέρος να γίνεται μικρότερο και ελαφρύτερο, ενώ ταυτόχρονα βελτιώνει την απόδοση. Οι βελτιώσεις συσκευασίας έχουν καταστήσει δυνατή τη μετεγκατάσταση της στοίβας FC στο μπροστινό διαμέρισμα του Mirai (Engine Bay), συμβάλλοντας στην πραγματοποίηση των οφέλη ενός βέλτιστου 50:50 μπροστά: ισορροπία πίσω βάρους. Στο μοντέλο της προηγούμενης γενιάς, η μονάδα ήταν κάτω από το μπροστινό κάθισμα.

Η μονάδα κυψελών καυσίμου έχει μέγιστη ισχύ 174 ιππους/128 kW. Η απόδοση με κρύο καιρό έχει βελτιωθεί με την εκκίνηση πλέον δυνατή σε θερμοκρασίες από -30˚C.