Hydrogen4, czyli jazda na wodór

Hydrogen4 (długość/szerokość/wysokość: 479,6/181,4/176,0 cm) to europejska wersja Chevroleta Equinox z ogniwem paliwowym, który już jesienią w wersji prototypowej pojawi się na amerykańskich drogach.

Od połowy 2008 r. dziesięć egzemplarzy modelu Hydrogen4 weźmie udział w testach codziennej eksploatacji w ramach projektu Partnerstwa na rzecz Czystej Energii (CEP) w Berlinie. W drugim etapie CEP samochody napędzane ogniwem paliwowym użytkowane będą przez klientów o różnych profilach prowadzenia, którzy dzień po dniu testować będą ich codzienną użyteczność.

Hydrogen4 obliczany jest na żywotność dwóch lat/80 tys. km. Można go uruchamiać i eksploatować również w temperaturze ujemnej, co jest istotnym udoskonaleniem w porównaniu z poprzednikiem, systemem Hydrogen3 i ważną cechą w odniesieniu do codziennej użyteczności samochodów na ogniwo paliwowe.

Czteromiejscowy pojazd jest wyposażony w poduszki powietrzne kierowcy i pasażera oraz poduszki boczne. Standardem jest system ABS, kontrola trakcji i system ESP.

Podczas prac rozwojowych nad modelem Hydrogen4 naukowcy i inżynierowie z ośrodków GM zajmujących się ogniwami paliwowymi w Honeoye Falls (Nowy Jork), Torrance (Kalifornia) i Mainz-Kastel (Niemcy) korzystali z wiedzy i doświadczeń zebranych podczas zakrojonych na szeroką skalę, rygorystycznych testów poprzedniego modelu zaprezentowanego w 2002 r.

Istniały dwie wersje modelu Hydrogen3. Jeden wariant działał na wodór płynny w temperaturze -253°C, a drugi na wodór sprężony. Obecnie podjęto decyzję o stosowaniu wodoru w postaci gazowej.

- Główną przyczyną był nieunikniony efekt "wygotowania", jaki występuje w przypadku wodoru płynnego - wyjaśnia Dr Udo Winter, Dyrektor GME ds. Ogniw Paliwowych. - Nawet przy zastosowaniu optymalnej izolacji zawartość zbiornika powoli podgrzewa się, płynny wodór paruje i wzrasta ciśnienie w zbiorniku. Po kilku dniach z samochodu należy wypuścić wodór w postaci gazowej, co prowadzi do straty paliwa. W przypadku postaci gazowej straty takie (poprzez "wygotowanie") nie mają miejsca.

Hydrogen4 wyposażony jest w system zbiorników, obejmujący trzy zbiorniki wytrzymujące ciśnienie do 700 bar, wykonane z kompozytowego materiału z włókna węglowego. Mogą one pomieścić 4,2 kg wodoru. Zapewnia to zasięg do 320 km.

Układ napędowy zasilany ogniwem paliwowym jest ponadto wyposażony w wodorkowo-niklowo-metalowy akumulator buforowy o pojemności 1,8 kWh. Zapewnia on lepszą wydajność i obsługuje szczytowe osiągi systemu.

Wydajność całego układu napędowego również wzrosła, ponieważ akumulator buforowy umożliwia stosowanie hamowania regeneracyjnego w modelu Hydrogen4. Podczas hamowania silnik elektryczny zamienia się w prądnicę i wykorzystuje powstałą energię elektryczną do ładowania akumulatora.

Jeżeli kierowca musi ostrzej zahamować, samochód hamuje również hydraulicznie, podobnie jak w przypadku konwencjonalnego pojazdu. Połączenie wydajności hamulców regeneracyjnych i hydraulicznych zwane jest "hamowaniem mieszanym". Jest ono wykorzystywane przez systemy stabilizacji toru jazdy, np. ABS czy ESP, lub gdy niezbędna siła hamowania przekracza maksymalną wydajność hamowania regeneracyjnego. Decyduje o tym wielkość prądnicy i pojemność akumulatora.

Sercem modelu Hydrogen4 jest zestaw ogniw paliwowych (440) połączonych szeregowo. Cały system wytwarza moc do 126 KM. Dzięki pomocy synchronicznego silnika elektrycznego o mocy 99 KM, przyspieszenie od 0 do 100 km/h trwa ok. 12 sekund. Maksymalna prędkość tego napędzanego na przednią oś pojazdu wynosi ok. 160 km/h.

Ogniwa paliwowe przetwarzają energię chemiczną w elektryczną, pomijając proces spalania. Dzięki reakcji elektro-chemicznej łączą one wodór i tlen, tworząc wodę i produkując jednocześnie energię elektryczną.

Proces elektryczno-chemiczny, zachodzący w ogniwie paliwowym, wygląda następująco: wodór na katalizatorze anodowym dzieli się na protony i elektrony. Protony o ładunku dodatnim przechodzą przez membranę do katody, zaś ujemnie naładowane elektrony przemieszczają się po okręgu zewnętrznym, tworząc energię elektryczną.

Tlen na katalizatorze anodowym reaguje z elektronami i protonami i tworzy wodę. Zestaw obejmujący odpowiednią liczbę ogniw może w ten sposób wytworzyć energię wystarczającą do napędzania silnika elektrycznego.

W przeciwieństwie do poprzednika poszczególne ogniwa nowego zestawu rozmieszczone są poziomo - a nie pionowo - co polepsza upakowanie, tzn. zapewnia optymalne ułożenie poszczególnych komponentów samochodu. Zasilanie zestawu w gaz w modelu Hydrogen4 jest także inne w porównaniu z wersją Hydrogen3: zamiast kompresora śrubowego na katodzie zastosowano elektryczną turbosprężarkę doprowadzającą powietrze do ogniw paliwowych. Powoduje to zwiększenie wydajności i wyciszenia.