Το υδρογόνο είναι το πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν και η χρήση του ως πηγή ενέργειας σε υγρή ή αέρια μορφή σε διάφορους τύπους οχημάτων αποτελεί αντικείμενο έρευνας εδώ και αρκετές δεκαετίες με χαρακτηριστικό παράδειγμα εκείνο του BMW Group.
Διαβάστε επίσης: Νέα γενιά για το παγκόσμιο best seller της BMW – Τετρακίνηση από τη βασική έκδοση
Ενώ η BMW είχε ήδη αρχίσει να διερευνά τοπικές λύσεις κινητικότητας χωρίς εκπομπές ρύπων με ηλεκτρικά πρωτότυπα ήδη από τα τέλη της δεκαετίας του 1960, η υπόθεση “υδρογόνο” ξεκίνησε πριν από 45 χρόνια. Ας δούμε μαζί την πολύ ενδιαφέρουσα ιστορία της.
Αρχικά, το υδρογόνο χρησιμοποιούνταν σε κινητήρες εσωτερικής καύσης ως εναλλακτική λύση έναντι των ορυκτών καυσίμων. Το 1979, η BMW συνεργάστηκε με το DFVLR (Γερμανικό Ινστιτούτο Αεροπορικών και Διαστημικών Δοκιμών και Έρευνας Πτήσεων, γνωστό σήμερα ως DLR) για να μετατρέψει μια BMW 520 πρώτης γενιάς (E12, παραγωγής 1975) σε αυτοκίνητο δοκιμών.
Διαβάστε επίσης: Η BMW M2 αναβαθμίστηκε και έγινε πιο ισχυρή
Εξωτερικά η 5άρα υδρογόνου δεν διέφερε πολύ από τις βενζινοκίνητες εκδόσεις. Ωστόσο, ο τετρακύλινδρος κινητήρας της έκαιγε υδρογόνο αντί για αμόλυβδη βενζίνη. Έτσι έγιναν τα πρώτα βήματα για να αποδειχθεί ότι η χρήση του υδρογόνου ως καυσίμου σε κινητήρες θερμότητας ήταν τεχνικά εφικτή.
Το 1980, μια BMW Σειρά 7 πρώτης γενιάς (E23) έγινε το πρώτο αυτοκίνητο στην Ευρώπη που τροφοδοτούνταν με υγρό υδρογόνο. Το υδρογόνο λαμβανόταν την εποχή εκείνη χρησιμοποιώντας φυσικό αέριο που προέρχονταν από αργό πετρέλαιο και όχι μέσω καθαρότερων λύσεων. Για να είναι σε υγρή μορφή, ο ανεφοδιασμός γινόταν με υδρογόνο σε θερμοκρασία -253°C (κοντά στο απόλυτο μηδέν, -273,15 °C). Μια δεξαμενή 93 λίτρων εξασφάλιζε αυτονομία περίπου 300 χιλιομέτρων.
Το υδρογόνο περιέχει λιγότερη ενέργεια από τη βενζίνη, αλλά η χρήση της τεχνολογίας υπερπλήρωσης συνέβαλε στις υψηλές επιδόσεις. Η BMW ήταν ήδη πρωτοπόρος στους κινητήρες turbo τόσο με την παρουσίαση του πρώτου υπερτροφοδοτούμενου μοντέλου στην ευρωπαϊκή αγορά το 1972 όσο και με την κατάκτηση του πρώτου τίτλου που απέσπασε ένας turbo κινητήρας στη Formula 1 το 1983. Το κύριο πλεονέκτημα του υδρογόνου είναι ότι κατά την καύση του σχηματίζει μόνο νερό.
Ένα τρίτο project αναπτύχθηκε το 1988 με βάση τη δεύτερη γενιά της 735iA (E32). Για πρώτη φορά, η υδρογονοκίνητη 735iA αναπτύχθηκε αποκλειστικά από την BMW. Το όχημα δοκιμών της BMW Σειράς 7 ήταν διαμορφωμένο να κινείται τόσο με βενζίνη όσο και με κρυογενικό υγρό υδρογόνο σε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης.
Το 1987, η BMW απέκτησε το 10% των μετοχών της Solar-Wasserstoff-Bayern GmbH (Hydrogen Solar Bavaria) που είχε την έδρα της στο Neunburg vorm Wald της Βαυαρίας. Η επένδυση επέτρεψε στην SWB να διερευνήσει την παραγωγή υδρογόνου από ηλιακή ενέργεια καθώς και την αποθήκευση και τη χρήση του ως πηγή ενέργειας, όλα ως μέρος της έρευνας της BMW που εστίαζε στα συστήματα κίνησης με υδρογόνο. Αυτό προσέφερε ένα μελλοντικό πρότυπο για την παραγωγή καθαρού υδρογόνου με τη χρήση πράσινης ενέργειας.
Το 1999, οι Βαυαροί παρουσίασαν στη Φρανκφούρτη το πρώτο 12κύλινδρο αυτοκίνητο με κινητήρα υδρογόνου στον κόσμο: την BMW 750hL και στις 11 Μαΐου 2000, το πρώτο αυτοκίνητο υδρογόνου ευρείας παραγωγής βγήκε στους δρόμους του Βερολίνου, με αρκετά αντίτυπά του να χρησιμοποιούνται στο πλαίσιο της υπηρεσίας μεταφοράς κατά τη διάρκεια της EXPO 2000.
Η BMW 750hL ανέπτυσσε μέγιστη ισχύ 204 ίππων που εξασφάλιζε επιτάχυνση 0-100 km/h σε 9,6 δευτερόλεπτα και τελική ταχύτητα 226 km/h. Το ρεζερβουάρ των 140 λίτρων εξασφάλιζε αυτονομία περίπου 350 km μετά από ανεφοδιασμό διάρκειας 3 λεπτών σε ειδικό σταθμό.
Συνολικά, κατασκευάστηκαν 105 αυτοκίνητα τα οποία κατά τη διάρκεια των δοκιμών κάλυψαν πάνω από 4 εκατομμύρια χιλιόμετρα. Η BMW 750hL, που κατασκευάστηκε σε περιορισμένο αριθμό για σκοπούς επίδειξης, ήταν το πρώτο αυτοκίνητο παραγωγής που κινούνταν με υδρογόνο. Παγκόσμια πρωτοτυπία ήταν επίσης η χρήση μιας λύσης κυψελών καυσίμου σε αυτοκίνητο ευρείας παραγωγής ως πηγή ενέργειας αντί της συμβατικής 12βολτης μπαταρίας. Με ενεργειακή απόδοση ήδη στο 50% και συμπαγές μέγεθος αντίστοιχο με εκείνο μιας συμβατικής μπαταρίας Μολύβδου-Οξέος, παρείχε συνολική ισχύ 5kW.
Μετά το λανσάρισμα (2000), το CleanEnergy World Tour ακολούθησε το 2001 κάνοντας στάσεις σε πέντε τοποθεσίες σε όλο τον κόσμο. Παράλληλα, θέλοντας να αποδείξει την ευελιξία της τεχνολογίας υδρογόνου, το BMW Group παρουσίασε επίσης το 2001 ένα μοντέλο MINI (R60) με παρόμοια τεχνολογία κίνησης υδρογόνου – αυτή τη φορά χρησιμοποιώντας τον κινητήρα των 1,6 λίτρων που ήταν διαθέσιμος για τα μοντέλα Cooper.
Ρεκόρ με υδρογόνο
Η BMW χρησιμοποίησε περαιτέρω τον V12 κινητήρα υδρογόνου σε ένα σπορ πρωτότυπο. Το H2R σημείωσε συνολικά εννέα ρεκόρ στην κατηγορία των αυτοκινήτων με κυψέλες καυσίμου υδρογόνου. Ο 6λιτρος, 12κύλινδρος κινητήρας απέδιδε περισσότερους από 285 ίππους και επιτάχυνε το πρωτότυπο από 0 στα 100 χλμ./ώρα σε περίπου έξι δευτερόλεπτα. Η τελική ταχύτητα έφτανε τα 302,4 χλμ./ώρα και η BMW σημείωσε με αυτό εννέα συνολικά ρεκόρ.
Στο Σαλόνι Αυτοκινήτου του Los Angeles το 2006 παρουσιάστηκε η Hydrogen 7 με την κωδική ονομασία E68, η οποία βασίζονταν στην 12κύλινδρη BMW 750 iL τέταρτης γενιάς.
Η Σειρά 7 αντλούσε έφερε 12κύλινδρο κινητήρα 260 ίππων διπλού καυσίμου (βενζίνης/υδρογόνου) και πρόσφερε 0-100 χλμ./ώρα σε 9,5 δευτερόλεπτα και τελική 230 χλμ./ώρα. Η αβεβαιότητα σχετικά με την αξιοπιστία του δικτύου τροφοδοσίας υδρογόνου δεν αποτελούσε πρόβλημα, καθώς ο κινητήρας μπορούσε απλά να αλλάξει λειτουργία και να χρησιμοποιήσει συμβατική αμόλυβδη βενζίνη.
Υδρογόνο και κυψέλες καυσίμου
Από τα τέλη της δεκαετίας του 1990, η BMW εργάζεται στην έρευνα στις κυψέλες καυσίμου για την τροφοδοσία μιας BMW 750iL (E32) και στα μηχανήματα διαχείρισης φορτίων στα εργοστάσια του BMW Group στο Spartanburg και στη Λειψία από το 2010. Με περισσότερα από 800 μηχανήματα, η BMW διαθέτει στο Spartanburg τον μεγαλύτερο στόλο στον κόσμο και στη Λειψία έναν από τους μεγαλύτερους στόλους στην Ευρώπη.
Το 2013, το BMW Group και η Toyota ξεκίνησαν μια συνεργασία για την ανάπτυξη ενός συστήματος κυψελών καυσίμου για οχήματα. Το 2017 μια Σειρά 5 Gran Turismo, εξοπλισμένη με την κυψέλη καυσίμου της Toyota, παρουσιάστηκε στο Σαλόνι Αυτοκινήτου του Ανόβερου με το σύνθημα “NewEnergy-4-Mobility2050”.
Η κατασκευή του συστήματος κυψελών καυσίμου δεύτερης γενιάς ξεκίνησε τον Αύγουστο του 2022 στο κέντρο τεχνογνωσίας υδρογόνου στο Garching. Λίγο αργότερα, ξεκίνησε η παραγωγή του πιλοτικού στόλου οχημάτων, ο οποίος απαρτίζεται από αντίτυπα των iX5 Hydrogen και το 2023 τέθηκε σε λειτουργία σε όλο τον κόσμο με σκοπό τη δοκιμή και την επίδειξη.
Το υδρογόνο για την τροφοδοσία της κυψέλης καυσίμου αποθηκεύεται σε δύο δεξαμενές από πολυμερές ενισχυμένο με ίνες άνθρακα (CFRP) σε πίεση 700 bar. Μαζί περιέχουν 6 κιλά υδρογόνου, αρκετά για αυτονομία έως 504 χλμ. στον κύκλο WLTP. Η πλήρωση των δεξαμενών υδρογόνου διαρκεί μόλις τρία έως τέσσερα λεπτά.
Το σύστημα κυψελών καυσίμου παράγει μέγιστη ισχύ 125 kW, με την παραπανήσια ισχύ για τον ηλεκτροκινητήρα να παρέχεται από μια μπαταρία ιόντων λιθίου υψηλής ισχύος. Ο συνδυασμός εξασφαλίζει στο ισχυρότερο αυτοκίνητο παραγωγής που κινείται με υδρογόνο 401 ίππους και 0-100 χλμ./ώρα σε λιγότερα από έξι δεύτερα.
