Hidrogenul ca sursă de energie: 45 de ani de cercetare BMW Group

Bucureşti/München. Hidrogenul este cel mai abundent element din univers, iar utilizarea lui ca sursă de energie lichidă sau gazoasă în diferite tipuri de autovehicule se află de multe decenii în centrul unor proiecte de cercetare.

Obţinut de exemplu prin electroliză folosind energie verde poate fi o sursă de energie curată, susţinând astfel mobilitatea fără emisii. În timp ce BMW a început deja să exploreze soluţii pentru mobilitate fără emisii locale cu prototipuri electrice deja la finalul anilor 1960, aventura hidrogenului începea în urmă cu 45 de ani.

O prezentare a proiectelor istorice ale BMW Group în domeniul hidrogenului poate fi urmărită şi aici, într-un episod Inside BMW Group Classic: https://youtu.be/nSob-Jwij4U?si=Vl4ITacS7w3lmhaZ

Primi paşi s-au făcut în direcţia folosirii hidrogenului în motoarele cu ardere internă, ca alternativă la combustibilii fosili. În 1979, BMW a încheiat un parteneriat cu DFVLR (Institutul German de Testare şi Cercetare pentru Aviaţie şi Zboruri Spaţiale, cunoscut acum sub numele DLR) pentru a transforma un BMW Seria 5 520  de primă generaţie (E12, an de fabricaţie 1975) într-un automobil de teste. Din exterior, nu se deosebea prea mult de versiunile pe benzină, dar motorul cu patru cilindri ardea hidrogen în loc de benzină fără plumb. Să făceau primii paşi pentru a demonstra că folosirea hidrogenului drept combustibil în motoarele termice era fezabilă din punct de vedere tehnic.

În 1980, un BMW Seria 7 prima generaţie (BMW E23) a devenit prima maşină din Europa care a fost alimentată cu hidrogen lichid cirogenat. Hidrogenul era obţinut tot folosind gaz natural din ţiţei şi nu prin soluţii mai curate. Pentru a fi în stare lichidă, hidrogenul era alimentat în maşină la temperatura -253°C (aproape de zero absolut, −273.15 °C). Un rezervor de 93 de litri permitea o autonomie de aproximativ 300 de kilometri.

Un al treila proiect a fost dezvoltat în1988 pe baza celei de-a doua generaţii BMW Seria 7 735iA (BMW E32). Pentru prima dată proiectul a fost dezvoltat exclusiv de BMW. Modelul putea funcţiona alimentând acelaşi motor cu ardere internă fie cu benzină, fie cu hidrogen lichid criogenat.

Hidrogenul conţine mai puţină energie decât benzina, dar utilizarea supraalimentării a creat şansa dezvoltării unor puteri mari. De altfel BMW a fost pionierul motoarelor turbo, cu introducerea primului model pe piaţa europeană în 1972 şi primul titlu obţinut pentru un turbo în Formula 1 în 1983. Principalul avantaj competitiv al hidrogenului era modul prietenos cu mediul în care îşi foloseşte energia: hidrogenul arde cu oxigenul din aer pentru a forma din nou apă.

Cercetările de la BMW pun baza pentru viitorului hidrogenului în automobile

În 1987, BMW a achiziţionat 10% din acţiunile companiei Solar-Wasserstoff-Bayern GmbH (Hidrogen Solar Bavaria) cu sediul în Neunburg vorm Wald, în Bavaria. Investiţia permitea SWB să investigheze producţia de hidrogen din energia solară, să îl stocheze şi să îl utilizeze ca sursă de energie, totul ca parte a cercetării BMW în sistemele de propulsie cu hidrogen pentru automobile. Aceasta a oferit un model pentru obţinerea în viidor a hidrogenului verde prin utilizarea energiei din surse regenerabile.

Gata de producţie şi o serie de premiere mondiale importante.

În 1999, BMW a prezentat primul automobil din lume  cu un motor de 12 cilindri alimentat cu hidrogen la Salonul Internaţional Auto de la Frankfurt: BMW 750hL. Pe 11 mai 2000, primul automobil cu hidrogen produsă în serie a ieşit pe străzile din Berlin, cu câteva exemplare folosite ca serviciu de shuttle în timpul EXPO 2000.

BMW 750hL dezvolta o putere maximă 204 CP pentru o acceleraţie 0-100 km/h în 9,6 secunde şi o viteză maximă de 226 km/h. Rezervorul de 140 litri de gaz cirogenat asigura o autonomie de aproximativ 350 km după o alimentare de la o staţie specială în numai 3 minute.

În total au fost construite 105 automobile care au parcurs în timpul testelor peste 4 milioane km, echivalentul a de 5 ori distanţei de la Pământ la Lună şi înapoi. Produs într-un număr limitat în scopuri demonstrative, BMW 750hL a fost primul automobil de serie alimentat cu hidrogen. O altă premieră mondială absolută a fost folosirea unei soluţii de pile de combustie (fuel cell) pe un automobil produs în serie. Aceasta funcţiona ca o sursă de curent ca alternativă la bateria de 12V. Cu o eficienţă energetică deja de 50%, asigura o putere totală de 5kW într-o construcţie compactă de dimensiunile unei baterii conveţionale cu accid. Puterea mare asigurata nu doar alimentarea funcţiilor electrice de pe maşina, dar asigura şi funcţionarea aerului condiţionat în timpul staţionării, fără funcţionarea motorului cu ardere internă, funcţie asigurată în prezent de automobilele plug-in.

Automobilul mai oferea o inovaţie – prototipurile erau conectate permanent prin radio la echipa tehnică de la München, ca o funcţionalitate similară cu telemetria în motorsport. De altfel BMW a fost pionierul telemetriei în Formula 1 la începutul anilor 1980, iar în 2001 lansa funcţia BMW Teleservices pentru diagnoza automobilelor de serie de la distanţă şi comunicarea automată cu atelierul de service.

Lansarea din 2000 a fost urmată în 2001 de turneul mondial CleanEnergy, care a avut escale în cinci locaţii din întreaga lume. În paralel, ca o demonstraţie a versatilităţii tehnologiei cu hidrogen, BMW Group a prezentat în 2001 şi un model MINI (R60) care dispunea de o soluţie similară de propulsie cu hidrogen, de această dată folosind un motor de 1,6 litri care echipa modelele Cooper.

Recorduri cu hidrogen

BMW a folosit mai departe motorul V12 alimentat cu hidrogen pe un prototip sportiv. BMW H2R a stabilit un total de nouă recorduri pentru automobilele cu motor termic cu hidrogen. Motorul său de şase litri, cu 12 cilindri, producea peste 210 kW/285 CP, suficient pentru a accelera prototipul de la 0 la 100 km/h în aproximativ şase secunde şi pentru a atinge o viteză maximă de 302,4 km/h.

Acestea sunt recordurile stabilite de prototipul BMW H2R:

- 1 kilometru, cu start lansat: 11,993 secunde - 300,190 km/h

- 1 milă, cu start lansat: 19,912 secunde - 290,962 km/h

- ¼ de kilometru, cu start de pe loc: 9,921 secunde - 72,997 km/h

- ½ de kilometru, cu start de pe loc: 14,933 secunde - 96,994 km/h

- ½ de milă, cu start de pe loc: 17,269 secunde - 104,233 km/h

- 1 milă, cu start de pe loc: 36,725 secunde - 157,757 km/h

- 10 mile, cu start de pe loc: 221.052 secunde - 262.094 km/h

- 1 kilometru, cu start de pe loc: 26.557 secunde - 135.557 km/h

- 10 kilometri, cu start de pe loc: 146.406 secunde - 245.892 km/h

Hidrogenul cu star power

Salonul Auto de la Los Angeles, ce a avut loc în perioada 1-10 decembrie 2006, a fost scena pentru premiera mondială a BMW Hydrogen 7 cu numele de cod BMW E68 (construit pe baza celei de-a patra generaţii BMW Seria 7 BMW 750 iL cu motor V12).

Sedanul Seria 7 era propulsat de un motor cu 12 cilindri, care dezvolta 191 kW/260 CP şi accelera de la 0 la 100 km/h în 9,5 secunde. Viteza maximă a fost limitată electronic la 230 km/h. Incertitudinea cu privire la fiabilitatea reţelei de alimentare cu hidrogen nu a fost o problemă, deoarece motorul cu dublu combustibil al BMW Hydrogen 7 putea pur şi simplu să schimbe modurile de funcţionare şi să folosească în schimb benzină convenţională fără plumb.

Proiectul a strălucit pe covoarele roşii ale mai multor festivaluri sau premiere de film. De-a lungul programului de teste a celor 100 de automobile produse, mai multe personalități au putut testa direct automobilul, inclusiv nume mari de la Holywood precum Edward Norton sau Brad Pitt, demonstrând astfel că hidrogenul poate fi o soluţie de propulsie care poate fi folosită uşor în viaţa de zi cu zi.

Hidrogenul ca artă

Artistul Olafur Eliasson a fost selectat de un grup internaţional de curatori care s-a întâlnit în aprilie 2004 pentru a discuta următorul pas pentru Colecţia BMW Art Cars. Iar în 2007, Eliasson, unul dintre cei mai importanţi reprezentanţi ai lumii artei contemporane şi un militant activ pentru protecţia mediului, a creat cel de-al 16-lea BMW Art Car. Opera artistului a fost un reper tehnologic - BMW H2R Mobile Expectations. Artistul a ales să îmbrace automobilul într-o structură de gheaţă. Dacă în încăprea în care era prezentată lucrarea erau prezenţi mai mulţi privitori, căldura degajată de copurile celor prezenţi degrada lucrarea fragilă ca o metaforă a intervenţiei omului asupra mediului prin încălzirea globală.

Hidrogenul şi pilele de combustie

Când vine vorba de automobile pur, hidrogenul ca sursă de energie are avantaje faţă de o baterie în stare solidă în ceea ce priveşte masa şi, mai ales, timpul de încărcare. Un automobil poate fi alimentat cu hidrogen lichid la fel ca benzina sau motorina. De la sfârşitul anilor 1990, BMW a lucrat asiduu la cercetarea pilelor de combustie, folosindu-le pentru propulsia unui BMW 750iL (E32) şi pentru utilaje de operare a mărfurilor la uzinele BMW Group din Spartanburg şi  Leipzig începând cu 2010. Cu peste 800 de utilaje, BMW operează cea mai mare flotă din lume la Spartanburg, iar la Leipzig una din cele mai mari flote din Europa.

În 2013, BMW Group şi Toyota au lansat o colaborare de dezvoltare pentru un sistem de pile de combustie pentru alimentarea automobilelor. O serie mică BMW Seria 5 Gran Turismo a fost echipată cu pila de combustie furnizată de Toyota a fost prezentată ulterior la Expoziţia de la Hanovra 2017 sub sloganul "NewEnergy-4-Mobility2050".

Fabricarea sistemului de pilele de combustie a început în august 2022 la centrul de competenţă pentru hidrogen din Garching. La scurt timp a demarat producţia automobilelor care alcătuiesc flota-pilot BMW iX5 Hydrogen, care în 2023 au intrat în acţiune în întreaga lume în scop de testare şi demonstraţie. Combinaţia dintre o baterie puternică şi o pilă de combustie deschide noi posibilităţi şi perspective.

Hidrogenul necesar pentru alimentarea pilei de combustie este stocat în două rezervoare de 700 bar din polimer armat cu fibră de carbon (CFRP). Împreună conţin 6 kg de hidrogen, suficient pentru a oferi BMW iX5 Hydrogen o autonomie de până la 504 km în ciclul WLTP. Umplerea rezervoarelor de hidrogen durează doar trei până la patru minute, aşa că BMW iX5 Hydrogen poate oferi, de asemenea, plăcerea de a conduce pentru care BMW este renumit, pe distanţe lungi, cu doar câteva opriri scurte pe parcurs.

Sistemul de pile de combustie dezvoltă o putere maximă de 125 kW, surplusul de putere pentru motorul electric este asigurat de o baterie litiu-ion. Această combinaţie unică o putere maximă a motorului electric de 295 kW/401 CP pentru cea mai puternică maşină de serie alimentată cu hidrogen. Acceleraţia 0-100 km/h este realizată în mai puţin de 6 secunde şi viteza maximă este limitată electronic la 180 km/h.

Viitorul

BMW Group este primul producător de automobile din Germania care s-a alăturat campaniei "Business Ambition for 1,5°C" condusă de iniţiativa Obiective Bazate pe Ştiinţă şi s-a angajat să atingă obiectivul de neutralitate climatică deplină de-a lungul lanţului de valori.

Următorul pas în acest proces implică planul BMW Group de a reduce emisiile de CO2 per automobil pe întregul său ciclu de viaţă - adică lanţul de aprovizionare, faza de producţie şi utilizare - cu cel puţin 40% până în 2030, comparativ cu 2019.

Până cel târziu în 2030, BMW Group urmăreşte să ajungă într-o situaţie în care automobilele electrice revendică o cotă de peste 50% din vânzările sale totale.

BMW Group vede tehnologia FCEV (Fuel Cell Energy Vehicle – automobil cu sistem de propulsie electric cu pile de combustie) ca pe o potenţială completare la tehnologia de propulsie utilizată de automobilele electrice cu baterie.

Hidrogenul ca parte a activităţilor globale pentru mobilitatea fără CO2. Hidrogenul poate fi o sursă curată de energie. În egală măsură, există mai multe soluţii tehnologie de producţie a hidrogenului (diferenţiate prin aşa numitele culori ale hidrogenului).

Potrivit unui raport al Agenţiei Internaţionale pentru Energie (IEA), hidrogenul oferă un potenţial considerabil ca viitoare sursă de energie care să susţină activităţile globale de tranziţie energetică. Datorită capacităţilor sale de stocare şi transport, hidrogenul poate fi utilizat pentru o mare varietate de aplicaţii.

Prin urmare, majoritatea ţărilor industrializate adoptă strategii privind hidrogenul şi le susţin prin strategii şi proiecte concrete. În sectorul transporturilor, hidrogenul poate deveni o altă opţiune tehnologică, alături de mobilitatea electrică alimentată cu baterii, pentru modelarea mobilităţii individuale durabile pe termen lung.

Totuşi, acest lucru va depinde de producţia competitivă a cantităţilor suficiente de hidrogen din energie verde, precum şi de extinderea infrastructurii corespunzătoare de alimentare, care este deja urmărită intens în multe ţări.

(O hartă a principalelor staţii de alimentare în Europa găsiţi aici: https://h2.live/)

BMW Group salută şi sprijină activităţile de promovare a inovaţiei în Germania şi Europa, care vor contribui la construirea unei economii a hidrogenului şi la accelerarea producţiei de hidrogen folosind energie regenerabilă. Acestea includ în mod specific proiectele pe scară largă pe hidrogen clasificate drept Proiecte Importante de Interes European Comun (IPCEI).

Proiectele care cuprind această iniţiativă a Uniunii Europene, susţinută în Germania de Ministerul Federal al Afacerilor Economice şi Ministerul Federal al Transporturilor, acoperă întregul lanţ de valori - de la producţia de hidrogen, trecând prin transport, până la aplicaţii în industrie.

În condiţiile potrivite, tehnologia pilelor de combustie cu hidrogen are potenţialul de a deveni un alt pilon în portofoliul de sisteme de propulsie al BMW Group pentru mobilitatea fără emisii locale de CO2.