Τα λαμπερά concept στα περίπτερα της Toyota και της Lexus στο φετινό Japan Mobility Show κυμαίνονταν από τεράστια μονοδιαστημικά πολυτελή οχήματα έως crossover SUV έως κομψά μοντέλα κουπέ, αλλά όλα είχαν ένα κοινό χαρακτηριστικό: ήταν όλα με μπαταρία.
Αυτό δεν θα ήταν έκπληξη από την άποψη ενός άλλου κατασκευαστή, αλλά η Toyota έχει δεσμευτεί για την ενέργεια υδρογόνου για δεκαετίες, επενδύοντας χρήματα και πόρους για να τροφοδοτήσει τα αυτοκίνητά της με κυψέλες καυσίμου. Τα πρωτότυπα Krüger FCEV δημιούργησαν το Mirai, το οποίο ήταν το πιο επιτυχημένο σεντάν υδρογόνου στον κόσμο μετά το Honda Clarity (μια άλλη εταιρεία που παραιτείται από το υδρογόνο αντί της μπαταρίας). Αλλά σε επίπεδο ταμπλό της Toyota, το Mirai θεωρείται πλέον αποτυχημένο.
Το Mirai των 63.500 λιρών έχει πουληθεί σε χούφτες σε όλο τον κόσμο, και ενώ 500 από αυτά θα βρεθούν στους δρόμους του Παρισιού στους Ολυμπιακούς Αγώνες του επόμενου έτους, αυτό το πρωτοποριακό αυτοκίνητο έχει αποδειχθεί μια οικονομική καταστροφή, που μόλις και μετά βίας αναπλήρωσε το κόστος του, για να μην αναφέρουμε το τεράστιο κόστος για την ανάπτυξη της ειδικής δεξαμενής υδρογόνου 700 bar, κυψελών καυσίμου και συστημάτων ελέγχου.
Καμία επιτυχία υδρογόνου
Ο Hiroki Nakajima, εκτελεστικός αντιπρόεδρος και τεχνικός διευθυντής της Toyota, δήλωσε στην έκθεση ότι το Mirai δεν είχε καθόλου επιτυχία. «Το δοκιμάσαμε ήδη με το Mirai», λέει, «αλλά δυστυχώς δεν ήταν επιτυχές από την άποψη των πρατηρίων ανεφοδιασμού υδρογόνου, υπάρχουν μόνο λίγα… Έτσι αλλάξαμε τη στρατηγική μας από επιβατικά αυτοκίνητα σε επαγγελματικά οχήματα».
Η βιομηχανία υδρογόνου αρχικά περιέγραψε την εισαγωγή αυτοκινήτων και φορτηγών υδρογόνου ως «κατάσταση κότας και αυγών». Το κοτόπουλο (υποδομή δεξαμενών) ήταν απαραίτητο καθώς και τα αυγά (οχήματα με κυψέλες καυσίμου) και έπρεπε να αναπτυχθούν και τα δύο ταυτόχρονα. Δεν ήταν. Τώρα το κοτόπουλο έφερε τον θάνατο του αυγού.
Η ανάπτυξη κυψελών καυσίμου συνεχίζεται, αλλά η Toyota βλέπει τώρα την τεχνολογία ως μια φυσική εφαρμογή στους τομείς των βαρέων μεταφορών, της ναυτιλίας, των λεωφορείων και των τρένων, ενώ παραμένει προσηλωμένη στα φορτηγά και τη σύνδεση υδρογόνου με την BMW.
Η Nakajima λέει ότι τα πακέτα κυψελών καυσίμου θα συνεχίσουν να έχουν σχήμα και μέγεθος ώστε να τοποθετούνται σε επιβατικό αυτοκίνητο εάν είναι απαραίτητο, και μας έδειξαν μια σειρά από χυτευμένες δεξαμενές πίεσης 10.000 psi στις οποίες εργάζεται η Toyota. Αυτά είναι επίπεδα εξαρτήματα που μπορούν να εγκατασταθούν στη θέση μιας μπαταρίας σε ένα ηλεκτρικό όχημα και εξαρτήματα σε σχήμα σέλας που βρίσκονται εκατέρωθεν του άξονα μετάδοσης κίνησης σε ένα αυτοκίνητο με κίνηση στους πίσω τροχούς ή ένα φορτηγό. Οι μηχανικοί λένε ότι στοχεύουν σε μια διάρκεια ζωής όσο τα τρέχοντα στρογγυλά αντικείμενα, που είναι 15 χρόνια από το νόμο στην Ιαπωνία (αν και η Toyota πιέζει τις αρχές να επιτρέψουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής).
Είδαμε επίσης τα πρωτότυπα της πιο πρόσφατης κυψέλης καυσίμου τρίτης γενιάς, η οποία έχει πλέον το μισό μέγεθος της προηγούμενης μονάδας, που είχε το μέγεθος μιας χειραποσκευής αεροπορικής εταιρείας. Διαθέτει επίσης διαχωριστές από ανοξείδωτο χάλυβα αντί για διαχωριστές τιτανίου της παλιάς κυψέλης, καθιστώντας το σημαντικά φθηνότερο στην κατασκευή του. Συνολικά, το κόστος των κυψελών καυσίμου θα πρέπει να μειωθεί στο μισό, η εμβέλεια θα πρέπει να αυξηθεί κατά 20 τοις εκατό (και επομένως πιο αποτελεσματική) και το κόστος συντήρησης θα πρέπει να μειωθεί κατά 2,5 φορές.
Νέα στρατηγική μπαταρίας
Αλλά στη φετινή έκθεση, ήταν η στρατηγική της μπαταρίας που προωθούσε η Toyota. Υπάρχουν ακόμα πολλά που πρέπει να γίνουν, καθώς η Toyota έχει μείνει πίσω στην τεχνολογία μπαταριών για χρόνια, δεν εμπιστεύεται τη χημεία ιόντων λιθίου και ελπίζει ότι ο κόσμος θα υιοθετήσει την υβριδική τεχνολογία βενζίνης-ηλεκτρικής της ως οικολογικό πρότυπο. Κάποιοι θα μπορούσαν να πουν ότι η Toyota εισέρχεται στην αγορά ακριβώς τη στιγμή που οι ανταγωνιστές της αρχίζουν να αμφισβητούν το μακροσκελές ταξίδι τους στην ηλεκτρική μπαταρία.
Παρόλα αυτά, η Toyota ισχυρίζεται ότι οι νέες της μπαταρίες Gen 3 θα παρουσιαστούν από το 2026/2027 και θα θέτουν νέα πρότυπα επιτρέποντας μεγαλύτερη αυτονομία, ταχύτερη φόρτιση και χαμηλότερο κόστος.
Η Lexus, το τμήμα πολυτελείας της εταιρείας, θα γίνει μια αμιγώς μάρκα ηλεκτρικών οχημάτων μέχρι το 2030, ενώ η μάρκα Toyota θα συνεχίσει να προσφέρει μια σειρά εναλλακτικών τεχνολογιών μετάδοσης κίνησης, συμπεριλαμβανομένων υβριδικών και plug-in υβριδικών, αλλά θα πουλά μεταξύ 30 και 40 τοις εκατό ηλεκτρικά οχήματα το 2030. Το Gazoo Racing θα τηρήσει τους κινητήρες εσωτερικής καύσης, αλλά θα χρησιμοποιεί υγρά καύσιμα χωρίς CO2, όπως υδρογόνο και ηλεκτρονικά καύσιμα.
Αυτή η στρατηγική θα μεταφέρει τα ηλεκτρικά οχήματα της Toyota στην επόμενη δεκαετία με τρεις διαφορετικές τεχνολογίες μπαταριών, συμπεριλαμβανομένης μιας φημολογούμενης ανακάλυψης στην τεχνολογία μπαταριών στερεάς κατάστασης. Αλλά αυτό το καλοκαίρι, ο Διευθύνων Σύμβουλος της Toyota, Koji Sato, παραδέχτηκε ότι η έρευνα σε στερεά κατάσταση δεν πήγαινε καλά και ότι μπορεί να διαρκέσει περισσότερο από το προγραμματισμένο, επομένως το νέο χρονοδιάγραμμα κυκλοφορίας στο μακρινό μέλλον θα μπορούσε να αποδειχθεί τόσο ακριβές όσο η πρόγνωση του καιρού για το επόμενο έτος.
Στο εδώ και τώρα, ωστόσο, η μείωση του ύψους της μπαταρίας, με κυψέλες ύψους μόλις 100 mm και απογείωση ισχύος που βρίσκεται στο πλάι και όχι στην κορυφή, είναι ουσιαστικό μέρος της νέας αρχιτεκτονικής, καθώς επιτρέπει στη νέα γενιά τα ηλεκτρικά οχήματα να είναι χαμηλότερα και να έχουν πιο βελτιωμένα σχήματα. Η Toyota συνεργάζεται με την Panasonic στον σχεδιασμό κυψελών, αλλά μαζί με την BYD, είναι ένας από τους λίγους κατασκευαστές αυτοκινήτων που κατασκευάζει τις δικές της κυψέλες μπαταρίας. Αυτά τα προτεινόμενα νέα κύτταρα, τα οποία θα εγκατασταθούν στα μοντέλα Toyota και Lexus στην Έκθεση Κινητικότητας της Ιαπωνίας, θα τεθούν σε παραγωγή σε νέο εργοστάσιο το 2026.
Οι κυψέλες θα εγκατασταθούν σε 1,7 εκατομμύρια από τα 3,5 εκατομμύρια ηλεκτρικά οχήματα με μπαταρία (BEV) που σχεδιάζει να πουλήσει η Toyota παγκοσμίως έως το 2030. Εκτός από τη βελτίωση της ευρωστίας και της ευκολίας συντήρησης των κυψελών, τα ηλεκτρικά οχήματα συχνά απορρίπτονται υπό τον φόβο ακόμη και μικρών προσκρούσεων, όπως εσωτερικά βραχυκυκλώματα, τα οποία αυξάνουν το κόστος ασφάλισης – προκύπτουν επίσης εξοικονομήσεις στην παραγωγή κυψελών, η οποία μπορεί να είναι ακριβή και χρονοβόρα για την παραγωγή.
Εξέλιξη αντί επανάστασης
Όπως η Rolls-Royce, η Toyota τείνει να βελτιώνει ό,τι υπάρχει, και το αποδεικνύει με τις μπαταρίες. Η πρώτη μπαταρία «απόδοσης», που έχει προγραμματιστεί για το 2026/2027, θα χρησιμοποιεί βελτιστοποιημένη χημεία ιόντων λιθίου με περισσότερο νικέλιο στο υλικό καθόδου νικελίου-μαγγανίου-κοβαλτίου (NMC) και βελτιστοποιημένο ηλεκτρολύτη για αύξηση της εμβέλειας σε περίπου 497 μίλια για αύξηση. Επιτρέπει επίσης τη γρήγορη φόρτιση 20 λεπτών από 10 έως 80 τοις εκατό και μείωση κόστους κατά 20 τοις εκατό σε σύγκριση με το τρέχον μοντέλο μπαταρίας της Toyota, το bZ4x.
Η «δημοφιλής» μπαταρία θα είναι η χημεία του φωσφορικού σιδήρου λιθίου (LFP) της Toyota. Το LFP είναι μια φθηνότερη και πιο στιβαρή τεχνολογία που προτιμούν οι Κινέζοι κατασκευαστές αυτοκινήτων και μπαταριών όπως η BYD και η Catl. Ωστόσο, έχει το μειονέκτημα ότι δεν είναι τόσο ενεργειακά πυκνό όσο η τεχνολογία ιόντων λιθίου και ως εκ τούτου ήταν η επιλογή για εφαρμογές λεωφορείων και πούλμαν όπου υπάρχει περισσότερος χώρος για να το φιλοξενήσει. Ωστόσο, οι πρόσφατες εξελίξεις οδήγησαν στην επιτυχή χρήση τους σε επιβατικά οχήματα που κινούνται με μπαταρία. Η έκδοση της Toyota κοστίζει 40 τοις εκατό λιγότερο από τις κυψέλες του bZ4x και έχει χρόνο γρήγορης φόρτισης 30 λεπτών για φόρτιση 10 έως 80 τοις εκατό.
Υπάρχει επίσης μια μπαταρία «υψηλής απόδοσης» που βασίζεται στη χημεία ιόντων λιθίου NMC, αλλά με ακόμη υψηλότερη περιεκτικότητα σε νικέλιο στις κάθοδοι και διπολική δομή. Η προβλεπόμενη εμβέλεια για αυτή τη νέα μπαταρία είναι 621 μίλια, με 10 τοις εκατό μείωση του κόστους σε σύγκριση με την μπαταρία απόδοσης και χρόνο γρήγορης φόρτισης 20 λεπτών από 10 έως 80 τοις εκατό. Αναμένεται να βγουν στην αγορά το 2027 και το 2028, αν και τα στοιχεία κόστους εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τις ασταθείς αγορές εμπορευμάτων και οι κάθοδοι εμπλουτισμού νικελίου μπορεί να είναι μια επικίνδυνη επιχείρηση, επειδή το μέταλλο είναι λιγότερο θερμικά σταθερό από το κοβάλτιο που αντικαθιστά και καίγεται σε πολύ υψηλή θερμοκρασία.
Ερωτηθείς σχετικά, ο Nakajima είπε ότι οι μπαταρίες της Toyota έχουν διαφορετικές και εγγενώς πιο ασφαλείς “εσωτερικές ρυθμίσεις” από άλλες κυψέλες και ότι θα αντισταθμίσει μέρος της εξοικονόμησης κόστους μέσω πρόσθετης ασφάλειας μπαταριών. «Το πιο σημαντικό είναι πώς θα το διατηρήσουμε [the new battery chemistry] ασφαλής. Η ασφάλεια είναι η πιο σημαντική πτυχή και αν διαπιστώσουμε ότι δεν μπορούμε να διασφαλίσουμε την ασφάλεια, δεν θα το κάνουμε», είπε.
Η τέταρτη χημεία είναι η χημεία στερεάς κατάστασης. ένα ιερό δισκοπότηρο της αυτοκινητοβιομηχανίας στο οποίο τα ιόντα σε κάθε στοιχείο κινούνται μέσω ενός στερεού μέσου αντί του λιγότερο σταθερού υγρού ηλεκτρολύτη των τρεχουσών τεχνολογιών μπαταριών οχημάτων. Τα πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν τη σταθερότητα και την ταχύτερη φόρτιση, αλλά εξακολουθούν να υπάρχουν προβλήματα με την ασφάλεια και τη μακροζωία των μπαταριών στερεάς κατάστασης. Το πρώτο πρόβλημα αφορά τους δενδρίτες που αναπτύσσονται έξω από την κάθοδο όπως οι σταλαγμίτες ασβεστίου και έχουν τον κίνδυνο να διεισδύσουν στους διαχωριστές και να προκαλέσουν βραχυκύκλωμα και πυρκαγιά. Σύμφωνα με τους μηχανικούς της Toyota, αυτό το πρόβλημα επηρεάζει όλες τις μπαταρίες και το έχουν λύσει. Ωστόσο, το θέμα της μικρής διάρκειας ζωής είναι ακόμα ένα έργο σε εξέλιξη και η Toyota λέει ότι έχει μια εργαστηριακή λύση, αλλά εργάζεται για να την κλιμακώσει για μαζική παραγωγή.
Η τεχνολογία μπαταριών στερεάς κατάστασης υποστηρίζεται ότι είναι έτοιμη για χρήση το 2028 με αυτονομία 621 μιλίων και γρήγορη φόρτιση σε 10 λεπτά για φόρτιση 10 έως 80 τοις εκατό, αλλά δεν υπάρχει πρόβλεψη κόστους.
Αυτό είναι…
Τα αυτοκίνητα με κυψέλες καυσίμου ήταν κάποτε μέρος ενός ουτοπικού μέλλοντος υδρογόνου. Φαινόταν σαν μια τόσο κομψή λύση με υπέροχα απλή μηχανική (νερό με νερό και το ίδιο μηχάνημα που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και στη συνέχεια το αντίστροφο για την παραγωγή του υδρογόνου). Σίγουρα, δεν ήταν τόσο αποδοτικό όσο η ισχύς της μπαταρίας, αλλά αυτό αγνοούσε κατά κάποιο τρόπο το γεγονός ότι όταν παράγετε ηλεκτρική ενέργεια με ηλιακή ή αιολική ενέργεια, μπορεί να υπάρχουν φορές που δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια και το υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ενεργειακό απόθεμα. Αυτό το πρόβλημα παραμένει, όπως και η εξοικονόμηση διοξειδίου του άνθρακα για τον περιορισμό της κλιματικής αλλαγής και της παγκόσμιας αύξησης της θερμοκρασίας.
Ωστόσο, ήταν όλα καλά όσο διήρκεσε, αν και δεν μπορώ παρά να παραθέσω την Beth Dawson της Fuel Cell Systems όσον αφορά την εξοικονόμηση ανεφοδιασμού με υδρογόνο για ορισμένους τύπους χρηστών: “Μόλις το υδρογόνο είναι εκεί, μπορείτε να το κάνετε.” έξυπνα πράγματα με αυτό.”