Mercedes-Benz GLC F-Cell je tako edinstven zato, ker je dvakratno elektrificiran. To pomeni, da tehnologijo gorivnih celic in baterijsko tehnologijo združuje v popolnoma električni priključni hibrid.
besedilo: Joaquim Oliveira · foto: Mercedes
V primerjavi s prejšnjo generacijo Mercedesovega avtomobila z gorivnimi celicami (razreda B, ki je bil v majhnih številkah na voljo od leta 2011) je sistem gorivnih celic za 30 odstotkov bolj kompakten in ga je mogoče vgraditi v konvencionalni motorni prostor, ob tem pa razvija 40 odstotkov več moči. V gorivne celice je vgrajene tudi 90 odstotkov manj platine, poleg tega so tudi 25 odstotkov lažje. Po zaslugi navora 350 njutonmetrov in moči 147 kilovatov se predserijski primerek GLC F-Cell takoj odzove na pritisk na pedal za plin, čemur smo bili priča kot sopotniki glavnega inženirja na 40-kilometrskem krogu v okolici Stuttgarta. Operativni doseg v načinu H2 znaša 437 kilometrov (NEDC v hibridnem načinu) in 49 kilometrov v baterijsko-električnem načinu (NEDC v baterijskem načinu). In po zaslugi danes že običajne tehnologije posod za vodik s polnilnim tlakom 700 barov je GLC F-Cell mogoče napolniti v dobrih treh minutah.
Priključno hibridni sklop z gorivnimi celicami združuje prednosti obeh voznih tehnologij z ničelnimi izpusti in optimizira uporabo obeh virov energije v skladu s trenutnimi zahtevami vožnje. V načinu Hybrid avtomobil moč za pogon črpa iz obeh virov energije. Vrhunce v porabi energije obvlada baterija, zato lahko gorivne celice delujejo na območju optimalne učinkovitosti. V načinu F-Cell se z elektriko iz gorivnih celic neprestano vzdržuje napolnjenost visokonapetostne baterije, kar pomeni, da se vožnji skoraj izključno namenja elektrika iz vodikovih gorivnih celic, in to je idealen način, da se elektrika v baterijah hrani za določene vozne situacije. V načinu Battery avtomobil deluje popolnoma električno. Elektromotor se napaja iz baterije, gorivne celice pa so izključene, kar je najprimernejše za kratke razdalje. Končno je tu še način Charging, ko ima prednost polnjenje visokonapetostne baterije, denimo takrat, ko bi radi baterijo napolnili za maksimalni skupni doseg pred točenjem vodika. S tem načinom lahko ustvarimo tudi rezerve moči pred vožnjo v klanec ali pred zelo dinamično vožnjo. Pogonski sklop GLC F-Cell deluje zelo tiho, kar smo tudi pričakovali, pospeški pa so instantni, takoj ko pohodite pedal plina, kot to velja za električne avtomobile. Podvozje so nastavili tako, da preprečuje preveliko nagibanje karoserije in deluje na zelo zadovoljiv način, tudi po zaslugi razdelitve mase med obema premama v idealnem razmerju skoraj 50 proti 50.
Kar se tiče regeneracije energije, se je napolnjenost baterije med vožnjo navkreber po vsega 30 kilometrih z 91 zmanjšala na 51 odstotkov, a je med vožnjo navzdol zaradi zaviranja in regeneracije ta spet narasla na 67 odstotkov. Pogon sicer mogoča tri stopnje regeneracije, ki jih upravljamo z ročicami ob volanu, zelo podobnimi tistim, ki smo jih vajeni iz avtomobilov s samodejnimi menjalniki.
Mercedes-Benz je svoje prvo vozilo na pogon z gorivnimi celicami predstavil že leta 1994 (NECA 1), temu pa je sledilo več prototipov, vključno z Mercedesom-Benzon razreda A F-Cell iz leta 2003. Leta 2011 je podjetje organiziralo vožnjo okrog sveta F-Cell World Drive, leta 2015 pa so s študijo F 015 Luxury in Motion predstavili priključnohibridni sistem z gorivnimi celicami za 1.100 kilometrov vožnje brez emisij. Enak princip so zdaj uporabili na Mercedesu-Benzu GLC F-Cell, ki naj bi na ceste v omejeni seriji predvidoma zapeljal pred koncem letošnjega leta.
Posode za vodik, ki jih izdelujejo v Mannheimu, so vgrajene v pred trkom varno območje med obema premama, dodatno pa ju varuje še pomožni okvir. Daimlerjeva domača tovarna v Untertürkheimu izdeluje celoten sistem gorivnih celic, sklad okoli 400 gorivnih celic pa prihaja iz tovarne Mercedes-Benz Fuell Cell (MBFG) v Britanski Kolumbiji, prvi tovarni, ki je popolnoma posvečena proizvodnji in sestavljanju skladov gorivnih celic. In končno: litij-ionska baterija prihaja iz Daimlerjeve podružnice Accumotive s Saške v Nemčiji.
Intervju: Jürgen Schenk, direktor programa za električna vozila pri Daimlerju
Ena od najzapletenejših tehničnih omejitev v preteklosti je bilo delovanje sistema pri nizkih temperaturah. Ali lahko ta avtomobil zaženete pri temperaturah pri 20 stopinjah Celzija pod ničlo?
Lahko, seveda. Potrebujemo nekaj predgretja, neko vrsto gretja za pripravo sistema gorivnih celic. Zato vožnjo ob hitrem startu začnemo z baterijo, kar je seveda mogoče tudi pod 20 stopinjami pod ničlo. Ne moremo sicer izkoristiti celotne moči, ki je na voljo, in med ogrevanjem se moramo zadrževati, a že na začetku je za vožnjo avtomobila na voljo približno 50 'konjev'. A po drugi strani bomo ponudili tudi priključni polnilnik in kupcu bodo imeli možnost, da nastavijo predgretje gorivnih celic. V tem primeru bo že na začetku na voljo vsa moč. Predgretje bo mogoče nastavljati tudi prek aplikacije na pametnem telefonu.
Mercedes-Benz GLC F-Cell nima štirikolesnega pogona? Kakšna je kapaciteta litij-ionske baterije?
Motor je na zadnji premi, zato ima avto pogon na zadnji kolesi. Neto kapaciteta baterije znaša 9,1 kilovatne ure.
Kje ga boste izdelovali?
V Bremnu, vzporedno z avtomobilom z motorjem na notranje zgorevanje. Proizvodne številke bodo nizke, saj je proizvodnja omejena s proizvodnjo gorivnih celic.
Kam boste GLC F-Cell umestili cenovno?
Cena bo primerljiva s ceno priključnohibridnega dizelskega modela s podobnimi zmogljivostmi. Ne morem vam povedati natančne številke, ampak mora biti razumna, saj ga sicer ne bi nihče kupil.
Blizu 70.000 evrov, kolikor stane Toyota Mirai?
Naš priključnohibridni dizelski avtomobil, ki sem ga omenil, bo cenovno v tem območju, da.
Kakšna jamstva boste dali kupcem?
Imel bo polno jamstvo. Avtomobil bo na voljo v leasing shemi z vključeno polno servisno storitvijo, ki bo vključevala tudi jamstva. Pričakujem, da bo to blizu 200.000 km oziroma 10 let, a ker bo šlo za najem/leasing, to ne bo tako pomembno.
Koliko avtomobil tehta?
Je blizu priključnohibridnega križanca. Sistem gorivnih celic je po masi primerljiv s štirivaljnim motorjem, priključnohibridni sistem je podoben, namesto devetstopenjskega samodejnega menjalnika imamo elektromotor na zadnji premi, namesto pločevinaste posode z bencinom ali dizlom pa sta tu posodi za vodik iz ogljikovih vlaken. V splošnem je malce težji zaradi okvirja, ki podpira in varuje posodi za vodik.
Kaj so po vašem mnenju glavni atributi vašega avtomobila z gorivnimi celicami v primerjavi s tem, kar so Azijci že pripeljali na trg?
Jasno je, da z dejstvom, da gre za priključni hibrid, rešuje eno od glavnih težav, ki vpliva na sprejem avtomobilov z gorivnimi celicami. S tem, ko jim damo 50 kilometrov dosega zgolj z baterijo, se bo večina naših kupcev lahko vozila brez potrebe po vodiku. Nobene tesnobe zaradi pomanjkanja polnilnih postaj za vodik torej. Ko pa na dolgih poteh vodikove postaje postanejo bolj pogoste, lahko uporabnik preprosto in hitro popolnoma napolni posode.
Kar se tiče tekočih stroškov, kakšna je razlika med uporabo avtomobila z baterijami ali vodikom?
Popolnoma baterijsko delovanje je cenejše. V Nemčiji stane okoli 30 centov na kilovatno uro, kar pomeni približno 6 evrov na 100 kilometrov. Z vodikom se stroški dvignejo na 8 do 10 evrov na 100 kilometrov, če upoštevamo porabo okoli enega kilograma vodika na 100 kilometrov. To pomeni, da je vožnja z vodikom dražja za okoli 30 odstotkov.
Intervju: prof. dr. Christian Mohrdieck, direktor oddelka za gorivne celice pri Daimlerju
Christian Mohrdieck pri Daimlerju vodi oddelek za razvoj pogonov z gorivnimi celicami, poleg tega pa je generalni menedžer NuCellSys, Daimlerjeve podružnice za delo z gorivnimi celicami in sistemi za shranjevanje vodika za vozila. Z njim smo se pogovarjali o prihodnosti tehnologije gorivnih celic in predserijskem avtomobilu GLC F-Cell.
Na električne avtomobile z gorivnimi celicami (FCEV) gledamo kot na prihodnost pogonskih sistemov. Kaj tej tehnologiji preprečuje, da bi postala splošna?
Ko gre za tržno vrednost avtomobilskih sistemov z gorivnimi celicami, nihče ne dvomi več o njihovih zmogljivostih. Infrastruktura polnilnih postaj je za kupce še vedno največji vzrok za negotovost. Vendar pa število vodikovih črpalk povsod raste. Z novo generacijo našega avtomobila, ki je zasnovan na Mercedes-Benzu GLC, in integracijo priključne tehnologije smo dosegli dodatno povečanje dosega in možnosti polnjenja. Seveda so drug vidik produkcijski stroški, a tudi tu smo dosegli pomemben napredek in lahko jasno vidimo možnosti za izboljšave.
Trenutno se vodik za pogonske sisteme z gorivnimi celicami še vedno pretežno pridobiva iz fosilnih virov energije, kakršen je zemeljski plin. To še ni ravno 'zeleno', kajne?
Res ni. A to je le prvi korak, da pokažemo, da bi vožnja s tehnologijo gorivnih celic brez lokalnih izpustov lahko bila prava alternativa. Celo z vodikom, ki ga pridobimo iz zemeljskega plina, lahko izpuste ogljikovega dioksida v celotni verigi znižamo za dobrih 25 odstotkov. Pomembno je, da lahko vodik proizvajamo na 'zeleni' osnovi in da je za njeno dosego res veliko načinov. Vodik je idealen shranjevalni medij za shranjevanje energije vetra in sonca, ki se obe ne ustvarjata konstantno. Z neprestano rastočim deležem obnovljive energije bo vodik igral vse bolj pomembno vlogo v celotnem energetskem sistemu. Zato bo bolj in bolj privlačen tudi za sektor mobilnosti.
Tu pride do izraza vaša vpletenost v razvoj stacionarnih sistemov z gorivnimi celicami?
Točno tako. Potencial vodika širše kot le v avtomobilih, denimo v storitvenih, industrijskih in gospodinjskih rešitvah, je očiten in zahteva razvoj novih strategij. Pri tem sta pomembna dejavnika ekonomija obsega in modularnost. Skupaj z našim inovatorskim inkubatorjem Lab1886 in računalniškimi strokovnjaki trenutno razvijamo prototipne sisteme za zasilno električno oskrbo računalniških centrov in drugih stacionarnih aplikacij.
Kakšni bodo vaši naslednji koraki?
Potrebujemo enotne industrijske standarde, da bomo lahko napredovali k velikoserijski proizvodnji avtomobilov. V nadaljnjem razvojnem delu bo posebno velikega pomena zmanjšanje materialnih stroškov. To vključuje nadaljnje zmanjševanje velikosti komponent in deleža dragih materialov. Če sedanji sistem primerjamo s tistim iz Mercedes-Benza razreda B F-Cell, smo že veliko dosegli – že z zmanjšanjem deleža platine za 90 odstotkov. A moramo iti naprej. Procesne optimizacije v proizvodnji bodo vedno prispevale k zmanjšanju stroškov – a to je bolj stvar ekonomij obsega. Sodelovanje, projekti več izdelovalcev, kakršen je Autostack Industrie, in pričakovane svetovne investicije v tehnologijo bodo gotovo prispevali k temu. Menim, da bo do sredine prihodnjega desetletja, vsekakor pa po 2025, pomen gorivnih celic splošno narasel, pomembne pa bodo predvsem v transportnem sektorju. A to se ne bo zgodilo v obliki nenadne eksplozije, saj bodo gorivne celice na globalnem trgu verjetno še vedno zasedale le enoštevilčni odstotni delež. A celo skromne količine bodo pripomogle k oblikovanju standardov, ki so posebno pomembni za zmanjšanje stroškov.
Kdo je ciljni kupec avtomobila z gorivnimi celicami in kakšno vlogo to igra v portfelju pogonskih sistemov v vašem podjetju?
Gorivne celice zanimajo predvsem kupce, ki vsak dan potrebujejo velik doseg in imajo odstop do vodikovih črpalk. Za vozila v urbanem okolju pa je baterijski električni pogon za zdaj zelo dobra rešitev.
GLC F-Cell je na vsem svetu nekaj posebnega zaradi priključnohibridnega pogona. Zakaj ste kombinirali gorivne celice in baterijsko tehnologijo?
Izkoristiti smo hoteli prednosti hibridizacije, ne pa se odločati med A ali B. Baterija ima tri prednosti: rekuperiramo lahko električno energijo, med pospeševanjem je na voljo dodatna energija, povečan pa je tudi doseg. Priključna rešitev bo voznikom pomagala v začetni fazi infrastrukture, ko bo mreža vodikovih črpalk še redka. Za 50 kilometrov lahko avtomobil napolnite doma. In v večini primerov je to dovolj, da dosežete prvo vodikovo črpalko.
Je sistem gorivnih celic bolj ali manj kompleksen od sodobnega dizelskega motorja?
Gorivne celice so podobno kompleksne, morda celo nekoliko manj, ampak število sestavnih delov je v grobem enako.
In če primerjate stroške?
Če bi bile proizvodne številke priključnih hibridov in gorivnih celic podobne, bi bili cenovno že danes na enaki ravni.
So torej priključnohibridni avtomobili z gorivnimi celicami odgovor na vprašanje o prihodnosti mobilnosti?
Vsekakor bi lahko bili eden od njih. Baterije in gorivne celice tvorijo simbiozo, saj se obe tehnologiji zelo dobro dopolnjujeta. Moč in hitrejša odzivnost baterij sta v podporo gorivnim celicam, ki svoje idealno delovno območje najdejo v voznih situacijah, ki zahtevajo konstanten razvoj moči in daljši doseg. V prihodnosti bi bila mogoča kombinacija baterij s prilagodljivo kapaciteto in modulov z gorivnimi celicami – odvisno od scenarija mobilnosti in tipa vozila.
