Zapewne wielu pasjonatów motoryzacji łapie się za głowę myśląc o tym jak wyglądać będzie motoryzacja za 10, 20, 50 lat. Coraz mniejsze silniki, coraz mniej wytrzymałe, a później elektryfikacja, cisza, pożegnanie z właściwościami pracy silnika spalinowego, manualną skrzynią biegów, a więc i angażującą jazdą. Czy na pewno musi być tak źle?
W roku 2000 BMW stwierdziło, że pożegnanie się z benzyną oraz olejem napędowym wcale nie musi być takie straszne. Zapewne niewielu wie, że właśnie wtedy, już wtedy, bawarski koncern zaprezentował światu prototypową wersję aktualnej wtedy Serii 7 E38 zasilanej wodorem. Tak, wodorem. Już wiem co myślisz – “Czyli co, elektryczne E38? Co ja tu jeszcze robię?” Otóż nie!
Wodorowe BMW 750hL, bo tak zostało oznaczone, posiada dwie klapki wlewu paliwa. Pod jedną klasyczny wlew “95-tki”, pod drugim wlew przystosowany do tankowania wodorem. Jednakże nie jest to hybryda, przynajmniej nie w dzisiejszym rozumieniu tego pojęcia.
Co więc jest pod maską? (o ile w ogóle coś tam jest)
A tu zapewne mocno zaskoczę niewtajemniczonych w wodorowy spisek – V12!
Fajnie, co? Ale pewnie zastanawiasz się co dalej z tym całym wodorem.
Otóż inżynierowie BMW postanowili, że nie będą używać wodorowych ogniw paliwowych do produkcji prądu i zasilenia nim silników elektrycznych, tak jak dziś robi to np. Toyota czy Hyundai, tylko spali go.
…wewnątrz swojego zmodyfikowanego 5.4-litrowego silnika M73. Szaleństwo.
Ale czy aby na pewno aż takie szaleństwo?
Czas na drobną lekcję historii…
Bardzo drobną, gdyż wiem że dla każdego jest to złem koniecznym. Poniekąd również lekcję chemii. Już w roku 1806 powstał pierwszy silnik spalinowy napędzany mieszanką wodoru oraz tlenu, opracowany przez szwajcarskiego polityka Francois Isaac de Rivaz. Natomiast na początku lat 70-tych XX wieku, Paul Dieges opatentował koncepcję modyfikacji klasycznego benzynowego silnika spalinowego tak, aby mógł on być zasilany wodorem.
H2 + O2 + N2 → H2O + NOx + N2
Tak oto prezentuje się reakcja spalania zachodząca wewnątrz V12-tki w trybie wodorowym. To tak dla chemicznych świrów. (bynajmniej nie dla mnie)
BMW (E38) 750hl
Przewińmy w przód, do przełomu XX i XXI wieku, kiedy to ktoś w BMW wpadł na pomysł skonstruowania pierwszego luksusowego sedana napędzanego przez wodorowy silnik spalinowy. Oczywisty wybór padł na flagowy model, ówczesną Serię 7 o wewnętrznym oznaczeniu E38. Dnia 11 maja 2000 roku BMW zaprezentowało w Berlinie flotę piętnastu egzemplarzy gotowego, jeżdżącego modelu 750hL. Początkowo służyły one jako pojazdy wahadłowe targów EXPO 2000, lecz już na początku lutego 2001 roku wyruszyły w podróż przez pięć metropolii na czterech kontynentach, w ramach Clean Energy WorldTour 2001. Podróż dookoła świata trwała 10 miesięcy, a pierwszym przystankiem był Dubaj. Znakomite osobistości ze świata motoryzacji, polityki i nauki docenili projekt, a cała akcja była wielkim marketingowym sukcesem.
Każdy pokazowych egzemplarzy napędzany był wspomnianym wcześniej 5.4 V12 przystosowanym do pracy zarówno na benzynie jak i na wodorze. Silnik ten osiągał skromne 204 KM, co pozwalało mu rozpędzić się od zera do 100 km/h w czasie 9,6 s, oraz jechać z maksymalną prędkością 226 km/h. Są to stosunkowo słabe osiągi, jeśli zestawić je z 750iL z konwencjonalnym napędem. (326 KM, 6,6s do setki, ogranicznik na 250 km/h). Silnik zasilany jest benzyną bezołowiową, lub wodorem. Dodatkowo, w aucie znajdowało się również ogniwo wodorowe o mocy 7 KM, generujące prąd o napięciu 42V. Wspomagało ono instalację elektryczną samochodu, gdy było to konieczne. Wodór przechowywany był w 140-litrowym zbiorniku za plecami tylnych pasażerów. Trzymany był tam w temperaturze -253°C. Zbiornik miał ściany o grubości aż 3 cm. To wystarczyło, aby zapewnić odpowiednią termoizolację, oraz zapobiec wyciekom, nawet przy mocnym uderzeniu w tył auta. Przejście między trybem benzynowym i wodorowym było gładkie i proste, wykonywane za pomocą zwykłego przycisku, trochę jak w autach z instalacją LPG.
Co ciekawe, BMW zabrało również 750hL na Nürburgring. Wodorowa Siódemka okrążyła go w czasie 9 minut i 53 sekund. Po zakończeniu CleanEnergy World Tour, wszystkie egzemplarze poza jednym zostały zniszczone. Ostatni egzemplarz nadal jest w rękach producenta.
BMW (E65) 745h
Gdy pojawiła się kolejna generacja Serii 7, model E65/E66 (E66 to wariant o przedłużonym rozstawie osi), bawarski producent poszedł w zaparte i pokazał pod koniec 2001 roku wodorowy wariant następcy E38. Projekt nosił nazwę 745h i używał usprawnionej technologii opisanej powyżej, jednak z tą różnicą iż zamiast V12, znalazło się tu 4.4 V8, z modelu 745i. Jednostka ta osiągała moc maksymalną rzędu 187 KM i rozpędzała luksusową limuzynę do pierwszej setki w niecałe 10 sekund. Najszybciej 745h mogło jechać 214 km/h. W silniku zastosowano układ zmiennej fazy rozrządu (podwójny VANOS). Projekt zakładał wprowadzenie takiego samochodu do produkcji seryjnej, co niestety finalnie się nie powiodło, ale o tym nieco później.
BMW (E66) Hydrogen 7
Potem przyszła pora na ostatni epizod wodorowego “spisku”, jak to pozwoliłem sobie żartobliwie nazwać na początku tekstu. E65 przeszło facelifting, a niedługo potem, w roku 2005 BMW zaprezentowało światu pierwszy gotowy do produkcji seryjnej samochód o napędzie spalinowym, zasilany wodorem – Hydrogen 7. Bazował on na modelu 760Li, co oznacza, że pod maską znalazło się 6-litrowe V12 przystosowane do spalania zarówno benzyny jak i ciekłego wodoru. Osiągał on 260 KM i 390 Nm, co rozpędzało dwu-tonową limuzynę do 100 km/h w czasie 9,5 sekundy. Prędkość maksymalna standardowo ograniczono elektronicznie do 250 km/h. Technologia, oczywiście z szeregiem usprawnień, pozostała w gruncie rzeczy niezmieniona. Zbiornik na wodór miał tym razem pojemność 170 litrów.
O Hydrogen 7 możnaby powiedzieć, że właściwie pomyślnie przeszedł proces seryjnej produkcji, z tym że w bardzo małej skali. BMW wyselekcjonowało jedynie około setki celebrytów, dziennikarzy motoryzacyjnych i innych osobistości z całego świata, aby przetestowały innowacyjny model łaczący luksus z brakiem emisji spalin. Jedną z nich był nawet Jay Leno! Model ten jednak nigdy nie trafił do stałej oferty niemieckiego producenta.
W roku 2007, który notabene był ostatnim rokiem produkcji tego modelu, do sieci trafiło nagranie w serwisie YouTube, na którym twórcy kanału GabeMac doświadczają wodorowej Serii 7 w praktyce, w asyście pracownika BMW, będącego skarbnicą wiedzy na temat tego modelu. Niestety nagranie ma słabą jakość obrazu, jednak nie to jest tutaj najważniejsze. Bardzo imponujące jet to, jak inżynierowie wytłumili ten silnik. Jeśli cokolwiek zapamiętałem z lekcji chemii, to zdecydowanie jest to dźwięk spalania wodoru, charakterystyczne “szczeknięcie”.
Wodorowe problemy…
No dobrze, ale dlaczego w takim razie nie jeździmy dziś samymi autami spalającymi wodór, a stacje benzynowe nie stały się stacjami wodorowymi? Winowajcą jest niestety sam wodór. Przy wielu teoretycznych zaletach zastosowania silnika spalinowego zasilanego wodorem, jest również wiele wad oraz barier nie do przeskoczenia przy takim rozwiązaniu.
Po pierwsze, sama ekonomia użytkowania – wodór ma o wiele mniejszą gęstość energetyczną (10,1 megadżuli na litr) niż benzyna (34,6 megadżuli na litr). Co za tym idzie, silniki o dużej pojemności osiągają znacznie niższe moce niż benzynowe odpowiedniki. Najlepiej widać to na przykładzie Hydrogen 7, którego konwencjonalny brat, 760Li, osiąga 444KM mocy oraz 600 Nm momentu obrotowego. Do tego spalanie w trybie wodorowym było kolosalnie wyższe od tego w trybie spalinowym. Na przejechanie 100 kilometrów potrzeba było aż 50 litrów wodoru, przy czym w trybie benzynowym starczy średnio nieco ponad 13. Kolejnym problemem jest produkcja ciekłego wodoru, która potrzebuje dużo energii pochodzącej z paliw kopalnych. W czasach produkcji modelu Hydrogen 7, oceniono faktyczne negatywne oddziaływanie produkcji wodoru potrzebnego na przjechanie 100 km na środowisko, na równe temu które ma konwencjonalny spalinowy silnik spalający aż 20 l/100 km. Do tego wodorowe E66 mogło przejechać w trybie wodorowym jedynie nieco ponad 200 km.
Ostatnim i chyba najbardziej problematycznym negatywnym aspektem takiego rozwiązania napędowego jest przechowywanie ciekłego wodoru. Silnik spalający wodór potrzebuje go w fomie ciekłej, gdyż wtedy oferuje 75% więcej energii na objętość, niż w stanie gazowym pod ciśnieniem 700 barów i wtedy najłatwiej jest go użyć w konwencjonalnym silniku spalinowym po drobnych modyfikacjach. Jednak to przysparza sporo problemów. Najważniejszym z nich jest utrzymanie temperatury -253 stopni Celsjusza, w której wodór pozostaje cieczą. Nawet najlepszy system izolacyjny nie jest w stanie utrzymywać takiej temperatury bez końca i część paliwa musi zostać wypuszczona, gdy nagrzewa się i paruje. Według serwisu spiegel.de, po 9 dniach postoju, połowy zawartości zbiornika już nie było.
W dużym skrócie – przy ówczesnej technologii, rozwiązanie nie miało za bardzo sensu.
Czy w przyszłości zobaczymy jeszcze silniki spalinowe o napędzie wodorowym?
Niestety jest to wątpliwe. Ogniwa wodorowe dzięki Toyocie Mirai udowodniły swoją wartość, będąc rozwiązaniem głównych problemów aut elektrycznych: zasięg i czas ładowania baterii. Nie potrzebują one wodoru w stanie ciekłym i zadowalają się gazem. Ponad to, wożenie ze sobą małej wodorowej elektrowni jest zdecydowanie efektywniejsze i bardziej ekonomiczne niż rozwiązanie BMW. Ogniwa wodorowe są po prostu skuteczniejsze i lepsze pod każdym względem, dlatego to właśnie na nich najpewniej będą skupiali się inżynierowie dążący do stworzenia jak najlepszego układu napędowego dla pojazdów drogowych.
Ale kto wie.. Może w przyszłości ktoś wymyśli lepszy sposób ratowania silnika spalinowego i emocji jakie wywołuje, przy pomocy wodoru, lub innego pierwiastka, a my, pasjonaci, będziemy mogli cieszyć się konwencjonalną motoryzacją, emitując do otoczenia jedynie parę wodną. Czas pokaże…
Comments