Kuo bus varomi automobiliai po 10 ar 20 metų? „Toyota“ ir kitos japonų gamintojos, iki šiol visus pinigus stačiusios ant vandenilio kortos, ką tik persigalvojo.

Dvi didžiausios pasaulyje automobilių gamintojos – „Volkswagen“ ir „Toyota“ – paskelbė nustumiančios į šalį iki šiol proteguotus energijos šaltinius ir metančios pajėgas į baterijų varomų elektromobilių kūrimą. Į dyzelgeito skandalą įklimpusi VW kitos išeities neturėjo. Skaudžiai pasibaigus flirtui su šiais iškastiniais degalais, vokiečiai paskubomis planuoja kardinalią modelių gamos pertvarką ir skelbia, kad iki 2025-ųjų apie ketvirtadalį visų bendrovės parduodamų transporto priemonių turės elektros energiją kaupiančias baterijas. „Toyotos“ padėtis kiek kitokia. Nors gamintoja pirmąjį benzininį hibridą „Prius“ pristatė prieš 20 metų, iki šiol į baterijų varomus elektromobilius ji žvelgė kreivai ir viešojoje erdvėje primygtinai tvirtino, jog ateitis priklauso vandeniliui. Japonai šventai tikėjo, kad nuo standartinių hibridų pramonė iškart peršoks prie vandenilį naudojančių degalų elementų ir praleis baterijų fazę. Faktą, kaip fanatiškai „Toyota“ buvo atsidavusi šiai alternatyviai technologijai, įrodo 2014-ųjų pabaigoje pristatyto pirmojo vandenilio kuro elementų varomo serijinio automobilio pavadinimas – „Mirai“, kuris, išvertus iš japonų kalbos, reiškia „ateitį“.

2014-ųjų pabaigoje pristatyto pirmojo vandenilio kuro elementų varomo serijinio automobilio pavadinimas – „Mirai“, kuris, išvertus iš japonų kalbos, reiškia „ateitį“.

Dar 2014-ųjų viduryje duodamas interviu portalui „Automotive News“, „Toyotos“ Plėtros ir tyrimų padalinio vadovas Mitsuhisa Kato teigė, kad elektromobilių nuvažiuojamas atstumas yra itin trumpas, o įkrovos laikas – pernelyg ilgas: „Manome, kad ilgesnėms kelionėms kur kas tinkamesnis pasirinkimas yra hibridai ir iš tinklo įkraunami hibridai, o ateityje – varomi vandeniliu.“ Visame pasaulyje parduota vos 2840 vandeniliu varomų „Mirai“. Taip M. Kato kalbėjo iš karto po to, kai buvo nutraukta pirmojo serijinio „Toyotos“ elektromobilio RAV4 EV gamyba, trukusi vos porą metų. Tiesa, šis krosoveris nebuvo tikras japonų gaminys – visas elektros sistemas, motorus ir baterijas suteikė tuomet dar tik ant kojų besistojusi „Tesla“. Prieš trejus metus tokius M. Kato teiginius buvo galima vadinti sąlyginai teisingais, tačiau realybė pasikeitė – per artimiausius porą metų rinką pasieks viena įkrova 400–500 km įveikiantys nauji vidutinės klasės elektromobilių modeliai. Nuolatos tobulinama baterijų konstrukcija leidžia jas įkrauti vis didesne galia (pavyzdžiui, „Teslos“ modelių – net iki 120 kW) ir taip gerokai sutrumpinti laiką, būtiną papildyti energijos. Baterijų kaina per pastaruosius šešerius metus sumenko nuo 1000 JAV dolerių už 1 kWh talpos iki 227 dolerių (kai kuriais vertinimais, iki 190 dolerių), t. y. sumažėjo daugiau nei keturis kartus, ir tokia tendencija atidarius gamyklą „Tesla Gigafactory“ dar paspartės.

(Ne)tolima ateitis

Tikėtina, jog sparčiai kintanti situacija elektromobilių rinkoje, „Teslą Model 3“ lydintis ažiotažas ir stagnuojantis „Mirai“ pardavimas paskatino „Toyotos“ vadovus atsigręžti kiton pusėn. Jie nustūmė vandenilį į antrąjį planą (tiesa, jo visiškai neatsisakė) ir 2016-ųjų pabaigoje paskelbė neriantys į masinę baterijų varomų elektromobilių gamybą. Kol kas kalbama apie „daugiau nei 300 km viena įkrova galintį nuvažiuoti modelį“, o tai yra mažiau, nei dabar siūlo pagrindiniai konkurentai. Gamybą planuojama visu tempu įsiūbuoti nuo 2020-ųjų (apie panašias ambicijas netrukus paskelbė ir kita vandenilio pionierė bei aktyvi propaguotoja „Honda“). Tokia data, matyt, pasirinkta neatsitiktinai – po trejų metų Tokijuje vyks olimpinės žaidynės ir į Japoniją bus nukreipta milijardai akių. O iki tol atsiradusią tuštumą alternatyvių galios šaltinių varomų modelių sferoje turės užpildyti iš tinklo įkraunami hibridai. „Toyota“ elektrifikavimo sferoje nėra naujokė – ji porą dešimtmečių tobulino hibridų technologiją, naudojo elektros motorus, baterijas bei jiems valdyti ir jų sąveikai reikalingus elementus. Tačiau jos hibridai gaminti su nikelio metalų baterijomis. Šios, nors gali būti greičiau įkraunamos ir per trumpą laiką atiduoti daugiau energijos, yra sunkesnės ir ne itin tinkamos šiuolaikinių elektromobilių gamybai, kur dominuoja ličio jonų elementai. Konkurentų keliu „Toyota“ vengė sukti dėl kainos, dydžio ir saugumo (užtenka prisiminti nesenus incidentus su „Samsung Note 7“ telefonais ar „Boeing 787 Dreamliner“ lėktuvais), tačiau atrodo, kad japonai šias problemas įveikė. 2016 m. spalį, prieš pat oficialų patvirtinimą apie „Toyotos“ perėjimą prie elektromobilių gamybos, „Reuters“ kalbintas „Prius“ vyriausiasis inžinierius Koji Toyoshima pripažino, jog sukurti ličio jonų bateriją, galinčią patikimai ir saugiai veikti 10 ar daugiau metų bei šimtus tūkstančių kilometrų, – nemenkas iššūkis: „Tačiau mums tai pavyko. Savo baterijoms suteikėme papildomą apsaugą ir esame tikri, kad jos yra saugios.“

Sukurti ličio jonų bateriją, galinčią patikimai ir saugiai veikti 10 ar daugiau metų bei šimtus tūkstančių kilometrų, – nemenkas iššūkis.

Pirmasis naujos kartos „Toyotos“ ličio jonų technologiją naudosiantis modelis „Prius Plug-In“ netrukus pasieks prekybos salonus. Jis nuo įprasto ketvirtos kartos „Prius“ hibrido skiriasi tuo, kad turi gerokai talpesnę bateriją (8,8 vietoj 1,56 kWh), kurią galima įkrauti per porą valandų. Varomas dviejų elektros motorų, kurių bendra galia siekia 103 AG, bei benzininio 99 AG variklio, „Prius Plug-In“ sugeba nesudeginęs nė lašo benzino nuvažiuoti apie 50 km (oficialiais duomenimis – iki 63 km) ir tokiu režimu pasiekti 135 km/val. greitį. Išsikrovus baterijoms, „Prius Plug-In“ veikia kaip įprastas hibridas, kurio oficialios benzino sąnaudos tesiekia 1 l/100 km (realybėje – apie 3–4 l/100 km, jei baterijų dažnai neįkrausite). Pirkėjai netgi gali užsisakyti versiją su saulės elementais ant stogo, padedančiais papildomai įkrauti pagrindinę bateriją, – per dieną įmanoma įveikti iki 5 „nemokamų“ kilometrų. Šis automobilis naudoja visiškai naują TNGA platformą, kuri jau paruošta vien baterijų varomiems modeliams gaminti. Tikėtina, jog būtent „Prius“ taps pirmuoju serijiniu gamintojos elektromobiliu. Tačiau „Toyota“ negali ignoruoti krosoverių ir SUV populiarumo, tad netrukus turėtų būti pristatytas ir tokio kėbulo tipo elektromobilis.

Sunki vandenilio dalia

Dabar galima konstatuoti, kad „Mirai“ prognozuota šviesi vandenilio ateitis pasirodė gerokai drumsta. Šių metų vasario duomenimis, visame pasaulyje parduota vos 2840 vandeniliu varomų „Mirai“, absoliuti dauguma teko JAV (1500 vienetų) ir Japonijai (1200 vienetų). Tokio kiekio antroji pagal dydį automobilių gamintoja negalėtų pavadinti net lašu jūroje. Iš pirmo žvilgsnio gali pasirodyti, jog priežasčių, kodėl „Mirai“ projektas nepasiteisino ir privertė kardinaliai keisti „Toyotos“ strategiją, toli ieškoti nereikia. Visų pirma, šis vidutinio dydžio ketverių durų sedanas JAV kainavo nuo 57 500 JAV dolerių, o Europoje – nuo 60 000 eurų, t. y. maždaug tiek, kiek už kur kas prabangesnius gaminius prašo tokios premium segmento gamintojos kaip BMW ar „Mercedes“. Tačiau „Mirai“ pelno neneša – kalbama, jog kiekvienas parduotas automobilis „Toyotos“ kišenę palengvina apie 100 tūkst. dolerių. Antras aspektas – vandenilio pildymo vietų trūkumas. 2016-ųjų viduryje Japonijoje tebuvo apie 80 tokio tipo degalinių, Vokietijoje – 20, o JAV vandenilio lopšiu tapusi Kalifornijos valstija buvo įdiegusi kiek daugiau nei dešimt. Kita vertus, pati kuro elementų varomo automobilio idėja atrodo patraukli. Iš esmės tai – toks pat elektromobilis, tik jo elektros variklis (-iai) energiją gauna ne iš įkrauto baterijų paketo, o ją gamina pats – vykstant reakcijai kuro elementuose, vandenilį (H2) jungia su aplinkos deguonimi (O2). Vienintelis tokios reakcijos produktas – tyras vanduo (H2O). „Mirai“ bakas gali būti pripildytas per maždaug 5 minutes (elektromobilius įkrauti specialiose stotelėse gali užtrukti nuo pusvalandžio iki poros valandų), ir to pakanka tyliai bei neteršiant aplinkos nuvažiuoti apie 500 km. Tokio automobilio galia (152 AG bei 335 Nm) yra kaip įprastų panašaus dydžio ir klasės transporto priemonių.

Fizikos dėsnių nenuginčysi

Iš tiesų vandenilio nesėkmės priežastys slypi kur kas giliau nei didelė kaina ar papildymo infrastruktūros stygius. Nors vandenilis – labiausiai paplitęs elementas visatoje ir jo atsargos niekuomet neišseks, ši medžiaga yra nepaprastai reaktyvi ir grynos formos negali egzistuoti mūsų planetoje, nes iškart jungiasi su kitais elementais. Dėl to jį visų pirma reikia išgauti ir išgryninti. Šiuo metu absoliuti dauguma pramoniniu būdu pagaminamo vandenilio išgaunama karštais garais apdorojant gamtines dujas ar kitus angliavandenilius, t. y. deginant naudingąsias iškasenas ir išskiriant anglies dioksidą. Kitas gana paplitęs būdas – elektrolizė, kai vanduo veikiamas elektros srove. Jei ši pagaminama iš atsinaujinančiųjų šaltinių, pavyzdžiui, saulės arba vėjo, tuomet aplinkai kenksmingų medžiagų neišskiriama. Tačiau elektrolizės būdu skaidant vandenį sunaudojama daugiau energijos, nei jos gaunama iš pagaminto vandenilio. Kadangi šios dujos nėra energijos šaltinis, tik nešėjos, jas reikia nugabenti į pildymo taškus. Čia vėlgi susiduriama su keliomis problemomis: gabenimo sąnaudos keletą kartų viršija patiriamas vežant, pavyzdžiui, gamtines dujas, benziną ar laidais tiekiant elektrą. Be to, vandenilis privalo būti suskystintas, o tai padaroma tik jį nepaprastai suslegiant arba atšaldant. Transportavimas ir saugojimas tampa nemenku iššūkiu, nes itin mažos vandenilio molekulės prasiskverbia net pro sandariausią talpyklą. Dėl saugumo jam privaloma leisti garuoti, tad pripildytas ilgam palikto automobilio bakas gali pats ištuštėti. Bakas turi būti itin tvirtas, kad atlaikytų didžiulį slėgį. „Mirai“ modelyje 56 tūkst. litrų vandenilio suslegiama milžinišku 700 atmosferų slėgiu, tad į 88,5 kg svorio anglies pluošto baką telpa vos 5 kg „degalų“. Patys kuro elementai, kuriuose vykstant vandenilio ir deguonies reakcijai gaminama elektros energija automobiliui varyti, taip pat ne itin efektyvūs. Jų efektyvumo koeficientas siekia apie 40–60 proc. (pažangiausių vidaus degimo variklių – apie 40 proc., šiuolaikinių baterijų – net 80–90 proc.). Įvertinus per kiekvieną etapą – vandenilio išgryninimą, transportavimą, suslėgimą, papildymą, saugojimą – prarandamą energiją, juo varomo automobilio galutinis efektyvumas siekia vos 20–25 proc. Dėl visų šių išvardytų priežasčių „Teslos“ bei „Space X“ įkūrėjas Elonas Muskas nė kiek nevyniodamas žodžių į vatą vandenilio kuro elementus pavadino „kvailių elementais“. „Toyotos“ pavyzdys rodo, kad kartais klysta net didžiausieji, tačiau jos klaidos nebus tokios skaudžios kaip gamintojų, kurios visas viltis dėjo į tradiciniais degalais varomų modelių tobulinimą.