Folyékony hidrogénnel debütált a Toyota a Fuji Speedway-en

Hidrogén rovatunk (https://autotechnika.hu/cikkek/hidrogen-hajtas) következő híre a Toyota Motor Corporation napokban lezajlott 2024-es ENEOS Super Taikyu Series zárófordulója a japán Fuji Speedway-en, ahol a Toyota bemutatta  legújabb fejlesztését: a folyékony hidrogén tüzelőanyaggal működő GR Corolla H2 Concept modelljét. Ez a bemutató mérföldkőnek számít a vállalat hidrogéntechnológiai fejlesztéseiben, különösen a motorsportok karbonsemlegesítésében.

A folyékony halmazállapotú hidrogén (LH2) alkalmazása jelentős technológiai előrelépést jelent a gáznemű hidrogénnel (GH₂) szemben, mivel energiasűrűsége jelentősen nagyobb. Ez lehetővé teszi az tüzelőanyag kompaktabb tárolását és a jármű hatótávolságának növelését, különösen versenykörnyezetben. Ugyanakkor a folyékony halmazállapot -253 °C-on történő fenntartása számos hőtechnikai kihívással jár. Az elpárolgó hidrogén, az ún. boil-off gas (BOG), külön figyelmet igényel, mivel normál esetben a környezetbe kerülhet, ami energia- és tüzelőanyag-veszteséget jelentene.

A Toyota által bemutatott rendszer egyik legkiemelkedőbb újítása az „önnyomásos” (self-pressurising) technológia, melynek egyik fontos szerepe a tömítő funkció betöltése, különösen a folyékony hidrogéntároló rendszerek esetében, ahol az tüzelőanyag elpárolgásának és szivárgásának minimalizálása kulcsfontosságú. A megoldás a BOG által generált nyomást használja fel a hidrogén visszaforgatásra. Ez a folyamat külső energiaforrás nélkül alakítja vissza az elpárolgott gázt folyékony hidrogénné, így zárt láncú rendszert hoz létre. Továbbá, a felesleges BOG egy kisméretű tüzelőanyagcella-rendszert táplál, amely villamos energiát termel. Ezzel a koncepció nemcsak az tüzelőanyag-felhasználás hatékonyságát növeli, hanem a hidrogén-infrastruktúra működési hatásfokát is javítja.

A hidrogén égéstérbe való bejuttatása során a folyékony hidrogén először hőcserélőkön keresztül gázneművé alakul, majd egy tüzelőanyag-nyomást szivattyú vagy kompresszor segítségével 30-200 bar nyomásra emelik, ami előfeltétele a hengertérbe történő precíz adagolásnak. A rendszer közvetlen befecskendezést (DI) alkalmaz, amely során nagy áramlási kapacitású és gyors működésű hidrogéninjektorok a hidrogént közvetlenül az égéstérbe juttatják, optimalizálva a levegő-hidrogén keverékképzést a hatékony és tiszta égés érdekében. A gyújtás szikragyújtással történik, az égési folyamat során pedig a hidrogén gyors diszperziója és gyors égése nagy hatásfokot, tiszta égést biztosít - minimális NOx-kibocsátás mellett. A befecskendezés időzítése és a befecskendezett mennyiség precíz szabályozása kritikus szerepet játszik az égési folyamat optimalizálásában, különösen a motorsportban, ahol a nagy teljesítmény és gyors reakcióidő kiemelten fontos. Ez a technológia nemcsak a hidrogén égési sajátosságait aknázza ki, hanem elősegíti a zéró kibocsátású, nagy teljesítményű járműhajtások elterjedését is, ötvözve a fejlett tüzelőanyag-kezelési rendszereket és a magas szintű égéstechnológiai innovációt.

A motortérbe tekintve a Toyota hidrogénüzemű GR Corolla H₂ modelljének továbbfejlesztett tüzelőanyag-ellátó rendszere látható, amelyet kifejezetten a folyékony hidrogén használatához alakítottak át, kiemelt figyelmet fordítva a biztonságra és a hőterhelés minimalizálására. Az eredeti elrendezésben a hidrogénvezetékek és csatlakozási pontok a kipufogócsonk közelében helyezkedtek el, ahol a magas hőmérséklet jelentős gyulladásveszélyt hordozott. Az áttervezett rendszerben a hidrogénvezetékeket eltávolították a forró zónákból, és biztonságosabb helyre helyezték, ezáltal csökkentve a hő okozta anyagkárosodást és meghosszabbítva az alkatrészek élettartamát. A csatlakozási pontokra biztonsági burkolatokat telepítettek, amelyek zártrendszerben vezetik el az esetleges szivárgó hidrogént egy hidrogén-érzékelőhöz, amely valós idejű diagnosztikát és gyors beavatkozási lehetőséget biztosít. Az átalakítás során alkalmazott burkolatok nemcsak a szivárgásveszélyt csökkentik, hanem megakadályozzák a csatlakozási pontok szennyeződését is, ezáltal csökkentve az illesztési hibák kockázatát. A hőterhelés csökkentése és a szivárgáskezelés mellett a motortér kialakítása támogatja a rendszer hatékonyságát és a biztonságos üzemet, amely kulcsfontosságú egy folyékony hidrogénnel működő hajtáslánc esetében.

A motorsportokban a hajtásláncok és energiatároló rendszerek maximális terhelésnek vannak kitéve, így kiváló tesztkörnyezetet biztosítanak az innovatív technológiák finomhangolására. A GR Corolla H₂ Concept modell fejlesztése során a Toyota célja az volt, hogy a folyékony hidrogén technológiai lehetőségeit valós körülmények között vizsgálja, különös tekintettel a gyors tüzelőanyag-feltöltésre, a nagy igénybevételű termikus stabilitásra és a biztonságtechnikai aspektusokra.

Perspektíva

Fenntarthatósági és iparági hatások tekintetében a GR Corolla H2 koncepció tökéletesen illeszkedik a Toyota „Beyond Zero” stratégiájába, amely a zéró emisszión túlmutató megoldásokra helyezi a hangsúlyt. A folyékony hidrogén motorsportbeli alkalmazása lehetőséget nyújt arra, hogy az extrém üzemi környezetben megszerzett tapasztalatok révén a technológiát továbbfejlesszék, és szélesebb körű alkalmazásra alkalmassá tegyék a közúti járműveknél. A projekt az innováció és az iparági együttműködés kiváló példája, ahol a Toyota különböző partnerekkel dolgozik a hidrogénellátó infrastruktúra és a kapcsolódó komponensek fejlesztésén. Az eseményen bemutatott rendszerrel a Toyota továbbra is aktívan hozzájárul a fenntarthatósági célokhoz.

Forrás: fuelsandlubes.com, carandbike.com