Vandenilis sunkiajam transportui: „Mercedes-Benz“ siunčia aiškų signalą rinkai

„Mercedes-Benz“ gamintojas „Daimler Truck“ neapsiriboja vien pagreitį Europos rinkoje įgyjančiais elektriniais vilkikais ir žengia dar vieną žingsnį vandenilinių pavarų plėtroje – pradeda „Mercedes-Benz NextGenH2 Truck“ gamybą. Ir tai jau nebe eksperimentas. Šių metų pabaigoje į kelius išriedės 100 šių vilkikų. Pasitelkus prototipų patirtį bei visiškai elektrinio „eActros 600“ technologinę bazę, naujasis vandeniliu varomas modelis vienu papildymu ir pilnai pakrautas gebės įveikti didesnį nei 1000 km atstumą.

Tai aiškus signalas rinkai: vandenilis nėra „tolima ateitis“. Ši strategiškai vystoma, sunkiajam ir komerciniam transportui skirta technologija pasiekė brandą ir yra pritaikyta intensyviai eksploatacijai.

Trijų dešimtmečių kelias iki brandos

Dabartiniai sprendimai neatsirado per naktį. Vandenilio kuro elementų technologijos, naudojamos „Mercedes-Benz Trucks“ transporto priemonėse, kuriamos jau daugiau nei tris dešimtmečius. Pirmieji projektai startavo dar 1991-aisiais, o 1994 m. buvo pristatytas „NECAR 1“ – pirmasis pasaulyje kuro elementais varomas automobilis. Technologinis proveržis komercinio transporto sektoriuje įvyko 1997 m., kai vandenilio technologija pirmą kartą buvo pritaikyta autobusuose ir į gatves išvažiavo „Mercedes-Benz NEBUS O 405 N“.

Šių technologijų vystymas vyksta „Daimler Truck” grupėje, kuriai priklauso „Mercedes-Benz Trucks“, tačiau būtent pastarojo prekės ženklo transporto priemonės tampa platforma, per kurią inovacijos pasiekia rinką.

Ir tai dera su visa šio gamintojo istorija. Šiemet „Mercedes-Benz“ mini 140 metų sukaktį nuo tada, kai 1886 m. Karlas Benzas patentavo pirmąjį automobilį, o Gottliebas Daimleris pristatė savo motorinę karietą. Per šį laiką gamintojo kryptis išliko nuosekli – nuo Berthos Benz kelionės iki greičio rekordų, ankstyvųjų autonominio vairavimo sprendimų ir pažangių pavarų sistemų. Vandenilio technologijos plėtra šiandien atrodo kaip dar vienas žingsnis į priekį ilgoje inžinerinės evoliucijos grandinėje. 

Kaip koncepcija virto naujos kartos kuro elementų sistema

Pasak Arvydas Kniukšta, nulinės emisijos sunkvežimių eksperto, „Mercedes-Benz Trucks“ pardavimo atstovo įmonėje „Veho“, sunkiojo transporto dekarbonizacija apskritai yra iššūkis ne vien technologinis – tai visos energijos logistikos sistemos pergalvojimas.

Būtent todėl pasirinkta dviejų krypčių strategija: greta akumuliatorinių elektrinių sunkvežimių (BEV) nuosekliai vystoma ir vandenilio kuro elementų technologija (FCEV). Sprendimas buvo logiškas – tolimojo susisiekimo segmente, kur svarbus didelis nuvažiuojamas atstumas, minimalus papildymo laikas ir maksimali naudingoji apkrova, vandenilis turi fizikinį pranašumą prieš baterijas.

Vandenilio technologijų srities vystymo kelionė apima kelis dešimtmečius trunkančius tyrimus, strategines partnerystes su Kanados kuro elementų pradininkais „Ballard Power Systems“, 2008 m. Vankuveryje įkurtą „Automotive Fuel Cell Cooperation“ (AFCC) ir vėlesnį kompetencijų konsolidavimą – kuro elementų kūrimas buvo perkeltas į Vokietiją.

„Būtent tuomet buvo aiškiai įvardyta, kad sunkvežimiams reikalingi kitokie kuro elementai nei lengviesiems automobiliams. Neužtenka įmontuoti didesnį baką – tai visiškai kita eksploatacinė logika, kita apkrova ir kiti ilgaamžiškumo reikalavimai“, – dalinasi žiniomis A. Kniukšta.

Sunkiasvorė technika reikalauja 25 000–30 000 darbo valandų ilgaamžiškumo, stabilaus efektyvumo esant pilnai apkrovai ir sudėtingo šilumos valdymo sprendimų. Kompetencijų sutelkimas leido kuro elementų tyrimus sujungti su realia sunkvežimių platformų plėtra – taip buvo padėti pamatai „GenH2“, o šiandien ir „NextGenH2“ projektams.

Dabartinis etapas – „Cellcentric“ įmonė – jau žymi perėjimą nuo tyrimų laboratorijoje prie pramoninio masto. Ir būtent šiame taške vandenilio technologija iš koncepcijos virsta realia naujos kartos kuro elementų sistema.

Skystasis vandenilis – konkurencinis pranašumas

Vienas iš technologinių sprendimų, kurie suteikia „Mercedes-Benz Trucks“ ženklų pranašumą – pasirinkimas naudoti skystąjį vandenilį (LH2) vietoje suspaustų vandenilio dujų (CHG), kurias dažniausiai renkasi konkurentai.

Palyginkime: skystojo vandenilio energijos tankis tūrio vienete siekia apie 71 kg/m³, kai 700 barų suspaustų dujų – apie 40 kg/m³. Praktikoje tai reiškia didesnį nuvažiuojamą atstumą išlaikant optimalią naudingojo krovinio dalį.

Kartu su „Linde Engineering“ sukurta subatvėsinto skysto vandenilio (sLH2) technologija leidžia užtikrinti stabilų ir greitą pildymo procesą. Stotelė gali tiekti daugiau nei 400 kg vandenilio per valandą, todėl 40 tonų vilkikas su 80–85 kg talpomis užpildomas per 10–15 minučių. Tai laiko intervalas, kuris praktiškai sutampa su įprastu dyzelinio vilkiko pildymu – svarbi detalė planuojant maršrutus ir darbo laiką.

Ekonominė pusė čia taip pat ne mažiau svarbi: sLH2 stotelės sunaudoja apie 0,05 kWh energijos kilogramui vandenilio – maždaug 30 kartų mažiau nei suspausto vandenilio sistemos. Įrengimo kaštai 2–3 kartus mažesni, o eksploatacinės sąnaudos – iki 5–6 kartų mažesnės.

„Sunkiajame transporte vertinami labai aiškūs parametrai – energijos tankis, papildymo trukmė ir infrastruktūros efektyvumas. Skystojo vandenilio sprendimas leidžia optimizuoti šiuos tris aspektus vienu metu, todėl ilgų nuotolių segmente jis tampa techniškai pagrįstu pasirinkimu“, – tikina A. Kniukšta.

Saugumas ir vairuotojo komfortas: išspręstos abejonės

Vandenilio technologijose saugumas yra vienas jautriausių klausimų, todėl šiai sričiai skirtas atskiras inžinerinis dėmesys. Naudojant sH2L technologiją pakanka gana paprastų nerūdijančio plieno talpų vietoj sudėtingų ir brangių anglies pluoštu sutvirtintų specialių talpų, turinčiu atlaikyti 700 atmosferų slėgį

„NextGenH2“ modelio vilkike įdiegta nuolatinė vandenilio koncentracijos stebėjimo sistema, o garavimo valdymo modulis ir nuotėkio detektoriai leidžia užtikrinti saugias eksploatacijos sąlygas. Praktinis rezultatas – išspręsta ilgą laiką galiojusi problema, kai vairuotojams dėl saugumo reglamentų nebuvo leidžiama nakvoti vandenilinių sunkvežimių kabinose.

Dabar vilkikas gali stovėti uždarose patalpose ar keltuose, o vairuotojas – ilsėtis kabinoje taip pat, kaip ir dyzeliniame modelyje. Taigi kyla klausimas, kokios galimybės kitiems rinkos žaidėjams pritaikyti šią technologiją?

„Žiūrint retrospektyviai dauguma gamintojo pasiūlytų naujovių – ar tai būtų elektroninė architektūra, ar saugumo sistemos – anksčiau ar vėliau tampa bendrai priimtu industrijos standartu, tad ir šiuo atveju sLH2 technologija buvo standartizuota pagal atvirą ISO procesą ir yra prieinama visoms suinteresuotoms šalims. Dabar „Daimler Truck“ ir „Linde Engineering“ ragina kitus originalios įrangos gamintojus (OEM), infrastruktūros įmones ir asociacijas taikyti naująjį skysto vandenilio standartą ir taip sukurti pasaulinę masinę šio proceso rinką”, – paaiškina nulinės emisijos sunkvežimių ekspertas A. Kniukšta.

Platformų sinergija vietoje revoliucijos nuo nulio

Dar viena sritis, kurioje „Mercedes-Benz Trucks“ yra žengęs žingsnį toliau už didelę dalį rinkos, – globalios „ePowertrain“ architektūros sukūrimas. Ji leidžia tą pačią važiuoklę ir pagrindinius komponentus naudoti tiek akumuliatoriniams „eActros 600“, tiek vandeniliniams „GenH2“ bei „NextGenH2“ sunkvežimiams. Toks platformų sujungimas leidžia efektyviau plėtoti skirtingas nulinės emisijos technologijas ir suteikia masto ekonomijos pranašumą, palyginti su gamintojais, kurie kiekvienai pavaros rūšiai kuria atskiras platformas.

Pagrindinis šios architektūros elementas yra elektrinė ašis (e-axle) su dviem elektros varikliais ir keturių pavarų transmisija. Ji užtikrina 400 kW nuolatinę galią, o piko metu gali pasiekti 600 kW. Vandeniliniame modelyje ši ašis veikia kaip pagrindinis energijos vartotojas, tačiau kartu leidžia efektyviai rekuperuoti energiją stabdymo ar leidimosi metu. Sugeneruota energija kaupiama 101 kWh ličio geležies fosfato (LFP) baterijoje, kuri pasirinkta dėl cikliškumo ir ilgaamžiškumo: gamintojas nurodo, kad po 1,2 mln. kilometrų baterija turėtų išlaikyti apie 80 proc. talpos.

„NextGenH2“ pavaros sistemos centre – naujos kartos kuro elementų jėgainė „Cellcentric“. Šis naujas agregatas yra suprojektuotas kaip vienas vientisas blokas, galintis generuoti iki 375 kW (apie 510 AG) nuolatinės grynosios galios ir leidžiantis vilkikui įveikti daugiau nei 1000 km nuotolį sunaudojant apie 6 kg vandenilio 100-tui km.

Tai reiškia, kad vandenilis tampa lygiaverčiu dyzelino konkurentu tuose maršrutuose, kur akumuliatorinės technologijos pasiekia savo fizikines ribas dėl svorio ir pildymo trukmės.

Sprendžiant vieną sudėtingiausių vandenilinių sunkvežimių iššūkių – komponentų išdėstymą – sukurta optimizuota „Tech Tower“ sistema už kabinos. „NextGenH2“ versijoje modulis sumažintas, o ratų bazė sutrumpinta 150 mm iki 4000 mm. Logistikos operatoriams tai praktiškai reiškia galimybę naudoti standartines ES priekabas neviršijant ilgio ribų ir išlaikant manevringumą.

Kuriamas rinkos standartas

Subatvėsintas skystasis vandenilis (sLH2) sprendžia pagrindinius vandenilio logistikos iššūkius – pildymo greitį ir stotelių kompaktiškumą. Pasak A. Kniukštos, pasirinkta atvira ISO standartizacijos kryptis rodo siekį ne tik kurti transporto priemones, bet ir prisidėti prie veikiančios infrastruktūros bei rinkos formavimo.

„Istorija rodo, kad daugelis technologinių sprendimų, pirmiausia atsiradusių „Mercedes-Benz“ sunkvežimiuose, vėliau tampa visos pramonės standartu. Vandenilio srityje matome panašią kryptį – pirmiausia formuojamas techninis pagrindas ir standartas, o tik tada pradeda judėti rinka“, – apibendrina nulinės emisijos sunkvežimių ekspertas.