Hidrogénezett városi közlekedés

Egy nagy gyártó sem engedheti meg magának, hogy valamilyen irányba el ne induljon a kutatások és a működőképes alternatív technológiák terén. Az már régóta látszik, hogy az első lépést a hibridmegoldások irányába kellett megtenni, mert bár nagy szakadékot kell még átugranunk, mégis csak részfeladatok sorának megoldásával érhetjük el a célt. A Daimler is a kis lépések stratégiáját választotta, ezért nem meglepő, hogy ma már szinte minden, a cégcsoporthoz tartozó márkának van hibrid rendszerű járműve. Nem kivétel ez alól a Mercedes-Benz és az EvoBus sem.

A harmadik generációs Fuelcell Hybrid Citaro gőz és hang nélkül indul

De nézzük csak, mik azok az apró lépések, amiket a EvoBus megtesz annak érdekében, hogy végül az elsők közt érhesse el a nagy célt! Alapvetően a közösségi közlekedésben részt vevő közúti járművekre koncentrál a fejlesztéseivel, mivel ezen a területen optimális környezet alakult ki az új generációs rendszerek tesztelésére és bevezetésének finanszírozására; legalábbis Európa tőlünk nyugatabbra eső részén. Ezért a Mercedes-Benz mérnökei a fejlesztések alapjául városi buszukat, a Citarót, vagyis elődjét az O405-öt választották. 1997-ben a NEBUS projekt keretében az O405 alapjaira készült a Mercedes egyetlen első generációs hidrogén-üzemanyagcellás autóbusza, amely a világ első üzemanyagcellás busza is volt egyben. Ezt a bemutatójárművet 2001-ben követte a már Citaróra épülő második generáció.

Günter Elste a hamburgi közlekedési vállalat igazgatóságának elnöke beszél a számokról

Az ebben bemutatkozó technológia már alkalmassá tette a hidrogén-üzemanyagcellás hibrid autóbuszt a közforgalmú közlekedésre, így a Cute és a HyFleet:Cute projektek keretében 36 ilyen busz állt munkába három kontinens tizenkét közlekedési vállalatánál. Ezekből kilenc Hamburgban lépett szolgálatba, ahol 2010-ig több mint 525000 kilométert és 26000 üzemórát teljesítettek, miközben 96,1 százalékos rendelkezésre állás mellett 1,5 millió utast szállítottak kívánt úti céljához. A hamburgi közlekedési vállalat, a Hamburger Hochbahn igazgatója, Günter Elste tapsztalatai szerint a második generációs hidrogén-üzemanyagcellás rendszerek élettartama az esetek nagy részében meghaladja a 4000 üzemórát, ami azt jelenti, hogy a hat éve forgalomba állított autóbuszok nagy része még ma is működik.

A Hochbahn második generációs üzemanyagcellás hibrid autóbusza

Mi sem bizonyítja ezt jobban, mint hogy az igazgató úrnak köszönhetően alkalmunk volt exkluzív utazást tenni Hamburg városában az egyik ilyen autóbusszal, melyet a kedvünkért erre a napra kivettek a forgalomból. Az utazás semmi meglepőt nem tartogatott: ez a második generációs üzemanyagcellás busz menet közben szinte csak a motortérből kiszűrődő zajok hangfekvésében különbözött egy hagyományos dízelüzemű Citarótól. Ahhoz azonban, hogy az átütő változás hiányát helyesen értsük, szükség van arra, hogy ismerjük a jármű működési elvét, ami felépítésében nagyban hasonlít a hagyományos rendszerekhez. A tető elejére helyezett tartályokból a hidrogént a Ballard által gyártott PEM-rendszerű üzamanyagcellákba továbbítják.

A hidrogénüzemű Citaro műszerfal néhány üzenete eltér a dízelmotorostól

A Ballard egy 1979-ben, amerikában alapított cég, amelyet nagy teljesítményű lítiumakkumulátorok fejlesztésére hoztak létre. A cég 1983-ban kezdett protonáteresztő membárnos (PEM – Proton Exchange Membrane) technológiájú üzemanyagcellákon dolgozni, amiben mára vezető szerephez jutott. Ezekben a cellákban a hidrogénatomról egy membrán segítségével leválasztják a protonokat, majd az így felszabaduló elektronokat áram formájában elvezetik. Az oxidációs folyamat során a hidrogénből víz, pontosabban vízgőz keletkezik, amely a kipufogón át távozik a szabadba. Ennél a második generációs Mercedes-Benz hidrogén-üzemanyagcellás autóbusznál az így nyert áram az áramátalakítón át közvetlenül egy – a belső égésű motor helyére épített – villanymotorba jut, amely a hozzá kapcsolt hagyományos sebességváltón és differenciálművön keresztül hajtja a hátsó kerekeket.

Mivel ebben a járműben még sem nagyobb kapacitású akkumulátorok, emiatt rekuperátor sem található, a motor számára szükséges áramot az igény jelentkezésének pillanatában kell kinyerni az üzemanyagcellákból. Mindezek következrében a gázpedál lenyomásakor a rendszer azonnal áramot termel, az üzemanyagcellában lezajló folyamat végtermékeként pedig gőz lövell a magasba, miközben a 205 kW-os villanymotor egy ZF 6 HP 592 jelű váltón keresztül előrelendíti a buszt. Ez volt a technika csúcsa kilenc évvel ezelőtt.

BlueTec Hybrid: élénkzöld – akkumulátor-csomag; világoskék - áramátalakítók; halványzöld – tengelyek az agymotorokkal; piros, lila, narancs, sárga – segédberendezések

Azóta azonban sokat fejlődtek a Mercedesnél és megalkották a ma már szintén közforgalomban közlekedő Citaro G Blue-Tech-Hybrid csuklósbuszt, amelyben egy kis dízelmotor termeli az áramot a B- és a C-tengelyekbe integrált két-két kerékagymotor számára, így kiküszöbölve a hajtáslánc okozta teljesítményvesztést és egyszerűsítve a hajtási rendszert. Miután mindkét technológia megjelent az utakon, természetesen adódott, hogy a Daimler mérnökei egyesítsék a megszerzett tudást és megalkossák a harmadik generációs Citaro Fuelcell-Hybrid autóbuszt.

A harmadik generációs Fuelcell Hybrid: sötétkék – H2-tartályok; zöld – akkumulátorcsomag; kék – üzemanyagcella-rendszer; barna – hűtőrendszer; lila – segédberendezések; halványzöld – hátsó tengely az agymotorokkal

A második generációban használt két üzemanyagcella-csomag 1920 cellát tartalmazott és hűtés nélkül 1040 kilogrammot nyomott, összteljesítménye 250 kW volt. Az új HY-90-es egység ikerfelépítésének köszönhetően egy csomagban tartalmazza a szükséges cellákat, szám szerint 792-t, miközben a teljes egység össztömege – hűtéssel együtt – csupán 688 kilogramm. Igaz, hogy az új cellák összteljesítménye kevesebb mint a fele a korábbinak, azaz 120 kW, de az élettartamra való tekintettel meg kellett hozni ezt a teljesítménycsökkentő lépést.

A Ballard üzemanyagcellás rendszere 58 százalékos hatásfokkal üzemel

Ez valójában nem jelent nagy áldozatot,mert az ezzel járó, több mint 400 kilogrammos súlycsökkenés lehetővé tette egy 330 kg-os, 240 kW-os, vízhűtésű akkumulátorcsomag beépítését, amelynek csúcsteljesítménye 26,1 kWh. Ennek segítségével nemcsak közvetlenül a motorba juttatható a megtermelt energia, de átmenetileg tárolható is. Emiatt az új Citaró Fuelcell-Hybrid gyorsításakor elmarad a jól ismert gőzkilövellés, mivel az akkumulátorokban rendelkezésre álló energiával könnyen elindítható az autóbusz. A harmadik generációs hidrogén-üzemanyagcellás Citaro megkapta a Citaro G Blue-Tec-Hybrid agymotoros hídját is, így már nincs szükség külön villanymotorra, sebességváltóra és differenciálműre sem. Az ZF AVE 130 hídba épített két 80 kW-os villanymotor az intelligens vezérlésnek köszönhetően kellő dinamikával mozgatja a 13,2 tonnás autóbuszt, amely pont egy tonnával könnyebb, mint elődje, miközben befogadóképessége 72-ről 76 személyre nőtt.

A második generációból átkerült gáztatályok 350 bar nyomáson tárolják a hidrogént

A váltó és differenciálmű elhagyásával megszűnő hajtási veszteség lehetővé teszi, hogy kisebb kapacitású, takarékosabb és csöndesebb hidrogén-üzemanyagcellás autóbuszt készítsen a Mercedes-Benz, amit a fogyasztási adatok is igazolnak. A korábbi változat 20-24 kg hidrogént igényelt 100 kilométerenként, míg az új megelégszik 10-14 kilogrammal. A kevésbé szélsőséges értékekkel üzemelő rendszernek köszönhetően a 2 év/2000 üzemórás garanciát a harmadik generációnál 6 év/12 000 üzemórára bővítették. Nem meglepő hát, hogy a Hamburger Hochbahn a NaBuz projekt keretében tíz harmadik generációs hidrogén-üzemanyagcellás Citarót vásárolt, amiből az egyik példányt alkalmunk volt utasként kipróbálni. Ha a korábbi változat megváltozott tónusú dízelbuszra hasonlított, akkor az új inkább egy áthangolt troli.

A fokozatmentes és csöndes villanymotorok hangja, a kiegyensúlyozott gyorsulás és a fékezéskor visszatöltődő akkumulátorok lehetővé teszik, hogy úgy érezzük, valóban a jövőbe utazunk. Nem véletlen, hogy Hamburg megnyerte a 2011 legzöldebb városa címet. A dízeltechnika a múlté, amit Németország 31 hidrogéntöltő állomása is igazol. Mi pedig távolról nézhetjük a fejlődést.

Képgaléria (26 kép)