To, że silniki spalinowe prędzej czy później czeka armagedon jest pewne jak w banku, bo ekologii nie oszukasz. Życie posiadaczy aut elektrycznych do łatwych jednak nie należy. Choćby przez wciąż nie satysfakcjonującą efektywność akumulatorów, która nie pozwala za długo pojeździć na jednym "tankowaniu". Ale polscy inżynierowie znaleźli na to patent i wdrożyli w super-aucie o zgrabnej nazwie Hydrocar Premier.

To projekt* zrealizowany wspólnie przez Riot Technologies (firmę spin-off Akademii Górniczo-Hutniczej) ludzi z AGH oraz Wojskową Akademię Techniczną. Od A do Z "Made in Poland".

To pierwsze polskie auto z napędem wodorowym. I choć świat, zdając sobie sprawę z niesamowitego potencjału tkwiącego w paliwie wodorowym, staje na głowie, by zaprzęgnąć super-paliwo do poruszania aut, jeszcze nikomu na świecie nie udało się zrobić tego tak efektywnie. Sekret tkwi w specjalnym proszku, ale auto buzuje wieloma innowacjami

Rozmowa z dr inż. Danielem Prusakiem z AGH, prezesem Riot Technologies

Michał Stangret: Auta na wodór jeżdżą już po ulicach gdziekolwiek na świecie?

Daniel Prusak: - Pierwszym seryjnie produkowanym samochodem na wodór jest Toyota Mirai dostępna na rynku od końca 2015 roku, ale w odróżnieniu od naszego projektu w niej wodór przechowywany jest pod bardzo wysokim ciśnieniem a nie tak jak u nas w proszku. Poza tym tamto rozwiązanie ma jeden silnik elektryczny a jego stylistyka budzi bardzo wiele kontrowersji. Nasze auto ma cztery silniki, dwa razy większą moc i jest ładniejsze.

Wodór w proszku?

- Tu chodzi o sposób magazynowania wodoru. Zespół projektowy podszedł do problemu w unikalny sposób. W aucie zastosowany został unikalny zbiornik magazynujący wodór opracowany i opatentowany w Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie. Technologia opiera się na chemicznym wiązaniu gazu w wodorkach metali, które przypominają mąkę. Materiał na stałe znajduje się w samochodzie a jego ładowanie odbywa się na zasadzie różnicy ciśnień przez dołączenie dystrybutora wodoru, którym może być stacja lub nawet zwykła butla techniczna.



Nie łatwiej było jak Toyota sprężyć gaz do butli?

- Dzięki zastosowaniu chemicznego wiązania w proszku metalu jesteśmy w stanie zmagazynować w zbiorniku nawet 5-krotnie więcej wodoru niż w butli pod bardzo wysokim ciśnieniem. Do tego dochodzą kwestie bezpieczeństwa. W przypadku sprężania wodoru w butlach stalowych ciśnienie wynosi 200-300 bar, a w przypadku butli kompozytowych nawet 700 bar. To ogromne siły i spore ryzyko. W przypadku rozwiązania zastosowanego w naszym prototypie ciśnienie wodoru wewnątrz proszkowego magazynu wynosi zaledwie kilka bar. Można więc przechowywać wodór dużo bezpieczniej.

Były jeszcze jakieś inne pomysły magazynowania wodoru w autach?

- BMW podejmowało próby magazynowania wodoru w fazie ciekłej. Tankowanie takiego auta to dość skomplikowana sprawa: wymaga bardzo grubego przewodu, dodatkowo chłodzonego azotem, samo utrzymanie wodoru w środku w formie płynnej również przysparza wiele kłopotu ponieważ musi być wykonane z użyciem doskonałej izolacji termicznej. Da się to zrobić, bo jak pokazał tamten eksperyment auto było wstanie funkcjonować, ale to kompletnie niepraktyczne rozwiązanie. Trzeba także dodać, że auto wyposażone było w klasyczny silnik spalinowy co już z definicji jest rozwiązaniem o niskiej sprawności przetwarzania energii. Przy obecnym stanie techniki tankowanie auta skroplonym wodorem to skrajnie niepraktyczna operacja z punktu widzenia zwykłego użytkownika. Natomiast gdy mamy w baku wodorek metalu, nie ma najmniejszego problemu, auto można tankować szybko i wygodnie.



Co my właściwie tankujemy i czy w ogóle są już takie stacje?

- Instytut Transportu Samochodowego zapowiedział, że w ramach realizowanego projektu europejskiego HIT-2-Corridors do 2030 roku Polska będzie wyposażona w sieć stacji wodorowych do takiego tankowania. Proces tankowania samochodu przypomina tankowanie gazu CNG czy LPG. Podjeżdżamy pod dystrybutor, podłączmy się pod zawór który jest w aucie i na zasadzie różnicy ciśnień dochodzi do przetłoczenia gazu z jednego zbiornika w drugi. Co ważne nasz zbiornik ma specjalnie zaprojektowany wymiennik ciepła, dzięki czemu tankowanie odbywa się bardzo szybko. Na skutek przemiany chemicznej podczas tankowania metalowy proszek nagrzewa się i należy go schłodzić. Rozwiązaliśmy to za pomocą wewnętrznego układu chłodzącego, który rozprasza temperaturę zapewniając poprawny balans cieplny. Podczas jazdy mamy sytuację odwrotną - zbiornik się chłodzi. Opracowany przez nas system umożliwia wykorzystanie różnicy temperatur do chłodzenia silników i systemów elektronicznych auta.

Jak to przekłada się na parametry użytkowania waszego auta w porównaniu z innymi autami?

- W praktyce użytkowanie naszego auta niczym tak naprawdę nie różni się od jazdy mocnym sportowym samochodem spalinowym z automatyczną skrzynią biegów. My oczywiście skrzyni biegów w ogóle nie mamy, jest tylko pedał gazu i hamulca. Auto zostało zaprojektowane jako sportowy roadster: dysponując czterema niezależnymi silnikami napędzającymi cztery koła, dysponujemy ogromnym kontrolowanym elektronicznie momentem obrotowym. Łączna generowana moc wynosi 272 KM, auto przyspiesza jak bolid wyścigowy. Warto tu dodać, że opracowany przez nas prototyp - prócz tankowania wodorem - ma możliwość ładowania zestawu akumulatorów przez podłączenie do gniazdka elektrycznego, dzięki temu uzyskujemy pełną funkcjonalność samochodu z napędem elektrycznym.



Czyli gdy nie ma stacji wodorowej w pobliżu, auto zamienia się w tradycyjny samochód elektryczny?

- Dokładnie tak. Analizując system napędu oraz magazynowania energii wykorzystywanej podczas jazdy można powiedzieć, że samochód jest autem elektrycznym wyposażonym w wodorowy magazyn energii umożliwiający wydłużenie zasięgu. Aktualnie jesteśmy w fazie przeprowadzania testów eksperymentalnych i sprawdzania parametrów granicznych opracowanego systemu zasilania, jednak z obliczeń wynika, że taki układ magazynowania energii może znacznie wydłużyć maksymalny dystans w porównaniu do klasycznych i powszechnie uznawanych za oszczędne silników diesla.

Podobno zbudowaliście auto w pół roku, skąd ten pośpiech?

- Tak, cały projekt był zrealizowany w zaledwie 6 miesięcy. Po pierwsze chcieliśmy pokazać, że zgrany zespół zdolnych inżynierów jest w stanie taki projekt zrealizować w bardzo krótkim czasie, a po drugie chcieliśmy zaprezentować samochód na tegorocznych targach MOTO SHOW w Krakowie, które odbyły się pod koniec maja. Tak naprawdę nie ma czasu do stracenia, ponieważ jest wiele ciekawych technologii do sprawdzenia i przetestowania. Bardzo dużo zespołów projektowych nie wytrzymuje takiego tempa z różnych powodów, najczęściej są to ograniczenia organizacyjne lub brak wiedzy merytorycznej czy brak dostępu do zaawansowanych technologii, przez to wiele projektów niepotrzebnie rozwleka się w czasie. My chcieliśmy uniknąć takich sytuacji.

Jakie był odbiór pojazdu na MOTO SHOW?

- Wszyscy byli bardzo mocno zdziwieni, przede wszystkim tym, że takie auto się pojawiło, bo nigdzie specjalnie nie ogłaszaliśmy, że coś podobnego budujemy. Zaskoczenie miało bardzo pozytywny wydźwięk, nawet czasem wywoływaliśmy lekką konsternację promując auto jako stu procentowy polski prototyp. Ludzie bardzo często pytali kiedy będzie można kupić takie auto w salonie.

Kiedy?

- Prawdę mówiąc łatwo sobie wyobrazić przyszłość w kolorowych barwach, jednak do seryjnej produkcji pozostaje jeszcze kawałek drogi do pokonania. Zbudowaliśmy prototyp, jeżdżące laboratorium badawcze, ale by można było mówić o seryjnej produkcji auto musiałoby przejść optymalizację konstrukcji pod kątem seryjnego wytwarzania i pod kątem funkcjonalności. Być może należałoby się zastanowić, czy zamiast 2-osobowego roadstera bez dachu, lepiej jest zrobić auto rodzinne, pięcioosobowe z bagażnikiem i o mniejszej mocy. W praktyce, aby można je było wypuścić na drogi, przede wszystkim musiałoby przejść pełen proces homologacji i dopuszczenia do ruchu.

Co z zainteresowaniem z zagranicy?

- Skłamałbym gdybym powiedział, że go nie ma. Jest zarówno z Polski jak i z zagranicy. Jesteśmy zasypywani telefonami i mailami. Ludzie zadają pytania, oczekują konkretnych odpowiedzi których często sami jeszcze nie możemy im dać.

Zbyt wcześnie jest mówić o jakichkolwiek konkretach, dopiero pokazaliśmy projekt na targach, jednak na pewno nie możemy wykluczyć żadnych dróg rozwoju tego projektu. Najczęściej poruszanym aspektem technologii auta jest wodorowy magazyn energii zbudowany na bazie proszku. W rzeczywistości maszyna jest naszpikowana wieloma innymi nowatorskimi rozwiązaniami, które w zdecydowanej większości sami zbudowaliśmy: elektronicznie sterowany system jezdny sterujący czterema niezależnymi silnikami; własne stopnie mocy; system balansu energii elektrycznej i cieplnej pomiędzy magazynem wodoru i akumulatorami; sterowanie procesem konwersji wodoru na energię elektryczną; komputer pokładowy z elektronicznym dyferencjałem i kontrolą trakcji; system informowania kierowcy o parametrach jazdy; autonomiczne wspomaganie jazdy czy sterowanie samochodem przez telefon komórkowy. Cała integracja wszystkich podsystemów plus konstrukcja mechaniczna podwozia i karoseria wykonana z włókien węglowych.

To nie tylko jedno wielkie laboratorium badawcze, ale i unikalny prototyp, który myślę wpisuje się w karty historii polskiej motoryzacji, bo to wszystko jest w 100 procentach polska konstrukcja.

Co więc teraz planujecie?

- Teraz auto płynnie przechodzi do następnej fazy testów. Wyposażymy je we wszystkie możliwe systemy pomiarowe i będziemy jeździć na specjalnie wydzielonym terenie manewrowym testując wszystkie parametry. Dzięki temu będziemy mogli rzetelnie się nimi posługiwać i przede wszystkim ocenić szczegółowo jakość tego typu systemów napędowych i dalsze kierunki rozwoju. Jeszcze w tym miesiącu planujemy testować systemy autonomicznej jazdy, do instalacji których auto zostało przygotowane. Na chwilę obecną mamy wdrożony system jazdy autem za pomocą telefonu komórkowego, czyli możemy za jego pomocą ruszyć autem, jechać do przodu do tyłu z zadaną prędkością oraz skręcać w lewo i w prawo.



Właściwie dlaczego auta przyszłości miałyby być na wodór?

- Są dwa aspekty. Po pierwsze wodór jest bardzo dobrym i wydajnym nośnikiem energii, do tego jest uniwersalny. Nie tylko można go przetwarzać na prąd, ale również można go spalać w normalnym silniku tłokowym. Ale fakt, że w wodorze jest bardzo duża gęstość energii i fakt, że nadaje się on do różnych systemów napędowych - to jest jedno.

Druga sprawa jest taka, że wodoru w przyrodzie jest bardzo dużo, jest on związany w postaci wody. Możemy go uzyskać za pomocą procesów chemicznych lub elektrolizy, a co za tym idzie nic nie stoi na przeszkodzie, aby można go było generować w bardzo dużych ilościach. Często rozważa się pozytywne aspekty pozyskiwania wodoru z użyciem odnawialnych źródeł energii. Możemy do elektrowni wiatrowej, czy baterii słonecznych podłączyć system elektrolizy wody i produkować duże ilości wodoru na użytek tankowania samochodów. Należy jednak pamiętać o trudnościach technologicznych i analizować całkowitą wydajność procesów pozyskiwania wodoru. Wydaje się jednak, że w przyszłości pozyskiwanie energii drogą produkcji i wykorzystania wodoru może być bardziej korzystne niż wydobywanie ropy, przetwarzanie jej i transportowanie. Możemy przecież teoretycznie wodór produkować na miejscu, tu gdzie będzie tankowany.

No i jest ekologiczny?

- Tak napęd wodorowy jest bardzo ekologiczny. De facto nasze auto nie ma rury wydechowej, efektem przetwarzania wodoru na prąd jest para wodna. Uwalnia się ona z ogniwa paliwowego, które zamienia wodór na energię elektryczną. Jest to proces niezauważalny z zewnątrz.

Patrząc z boku nie ma możliwości odróżnienia auta wodorowego od zwykłego auta elektrycznego, oba także nie emitują żadnego hałasu. Kierowca z pewnością zauważy jednak różnicę, bo będzie w stanie przejechać dużo większy dystans bez "tankowania" na aucie wodorowym niż stricte elektrycznym.

*Za pracę nad projektem pilotażowym prototypu samochodu odpowiedzialny jest zespół konstruktorski: dr inż. Daniel Prusak (zintegrowane systemy mechatroniczne auta), mgr inż. Michał Bełzowski (podsystemy układu napędowego), mgr Stefan Hamiga (design), mgr inż. Władysław Hamiga (design oraz technologia włókien węglowych), mgr inż. Paweł Jabłoński (układy i systemy zasilające), mgr inż. Kacper Zioło (podsystemy elektroniki auta), inż. Jan Żarów (konstrukcja samochodu) oraz mgr inż. Grzegorz Góra (elektronika układu napędowego), dr inż. Grzegorz Karpiel (sterowanie i FPGA).

Budowa auta z napędem wodorowym zrealizowana została jako demonstrator technologii w ramach projektu POIG 01.03.01-14-016/08 prowadzonego przez Wydział Nowych Technologii i Chemii Wojskowej Akademii Technicznej pod kierownictwem prof. dr. hab. inż. Leszka Jaroszewicza.

Za pracę nad badaniami materiałów do przechowywania wodoru oraz prototypów zbiorników na wodór odpowiedzialny był zespół: kpt. dr inż. Marek Polański (koordynator), prof. dr hab. inż. Andrzej Panas, dr hab. inż. Tomasz Czujko, mjr dr inż. Paweł Płatek, dr inż. Dariusz Siemiaszko, mgr inż. Tomasz Pogorzelski, por. mgr inż. Bartosz Fikus, mgr inż. Sławomir Dyjak, mgr inż. Izabela Kunce, mgr inż. Katarzyna Witek, inż. Paulina Kuziora.

Projekt został zrealizowany dzięki wsparciu następujących firm i instytucji: MALPOL Fiberglass, UHP Pateccy, NOVOL, HIRO-MET, GP Composites, APW-TECH, VALOR-CNC, MH-ART, BASTER, Targi w Krakowie oraz AGH Racing Team.