Začiatkom októbra odštartovala po ročnom odklade významná konferencia Expo Dubaj 2020, ktorá sa koná len raz za 5 rokov. Slovensko sa na nej vo svojom pavilóne prezentuje v téme mobility ako vodíková krajina a odhaľuje svoj výskumno-vývojový potenciál. Medzi inými expozíciami si svoje miesto našiel aj historicky prvý koncept vodíkového auta, ktorý nadchol nielen svojim pohonom, ale i dizajnom.

K definitívnej premiére konceptu s názvom MH2 došlo v utorok 5. októbra, kedy sa verejnosť o ňom dozvedela aj ďalšie nové informácie. Už v tom čase sme informovali napríklad o jeho maximálnej rýchlosti či zrýchlení a jedinečnom vodíkovom pohone. Akosi nám však stále chýbal detailný opis ďalších podstatných vlastností a technologických riešení, ktoré ku konceptu vodíkového auta MH2 neodmysliteľne patria.

NEPREHLIADNI
ROZHOVOR: Slováci postavili prvý vodíkový autobus. Kedy sa ním odvezieš a v čom je lepší ako zahraničné?

V redakcii FonTech.sk sme preto po rozhovore o prvom vodíkovom autobuse zo Slovenska znova oslovili prof. Ing. Tomáša Brestoviča, PhD., ktorý viedol tím zo Strojníckej fakulty TUKE. Porozprávali sme sa o detailných vlastnostiach a vývoji vodíkového konceptu MH2, ako aj o jeho budúcnosti.

V rozhovore sa ďalej dozvieš:

• Ako prebiehal vývoj prvého konceptu vodíkového auta MH2 zo Slovenska?
• Ako funguje vodíkový pohon v tomto koncepte?
• V čom je vodíkový koncept MH2 tak unikátny?
• Dostane sa jedného dňa aj do výroby?
• Aké finálne technické špecifikácie očakáva výrobca
• Vodíková stratégia Slovenska a či sme sa ubrali správnym smerom

Slovensko na výstave Expo Dubaj 2020 odhalilo historicky prvý koncept vodíkového auta MH2. Ako vznikla myšlienka pre vývoj tohto konceptu a kto všetko za tým stál?

Na Strojníckej fakulte Technickej univerzity v Košiciach sa už viac ako 15 rokov intenzívne venujeme výskumu, ktorý je zameraný na uplatnenie vodíka ako nosiča energie v priemysle. Významná časť našej výskumnej práce je zameraná na nízkotlakové uskladnenie vodíka využitím zliatin, ktoré dokážu absorbovať vodík do svojej štruktúry. Implementovaním poznatkov získaných výskumnou prácou a nových nápadov do projektových zámerov sa postupne rozširovala oblasť nášho výskumu v rámci vodíkových technológií.

Naštartovaním intenzívnej spolupráce medzi Ústavom materiálového výskumu SAV v Košiciach a Strojníckou fakultou TUKE sa rozšírilo portfólio výskumných aktivít o možnosť výroby nami navrhnutých zliatin a ich testovanie v laboratórnych podmienkach.

Medzičasom bol skonštruovaný prototyp malého modelu vodíkového auta s vodíkovým pohonom využívajúci nízkotlakové uskladnenie vodíka vo forme metalhydridu, metalhydridový kompresor umožňujúci stláčanie vodíka bez využitia rotačných častíc a vytvorené prvé modely nízkotlakového metalhydridového uskladňovacieho systému vodíka pre mobilnú dopravu, ktoré sa aktuálne v doprave ešte nevyužívajú.

Po návšteve ministra hospodárstva Slovenskej republiky v máji 2020 vznikla myšlienka odprezentovania našej dlhodobej výskumnej práce na svetovej výstave Expo Dubaj 2020. V krátkom časovom horizonte bol zo strany Strojníckej fakulty vytvorený a predstavený základný koncept budúceho exponátu s možnosťou jeho prezentovania. Významným zlomovým okamžikom bolo uznesenie vlády č. 114/2021, ktorým sme boli zaviazaní implementovať MH zásobníky do dopravných prostriedkov.

Aké riešenia priniesla do tohto významného projektu Strojnícka fakulta TUKE a Matador Group?

Úlohou Strojníckej fakulty bola implementácia vodíkového pohonu vrátane uskladnenia, transportu a spaľovania vodíka v palivovom článku. Použité metalhydridové zásobníky prešli komplexným návrhom, od tepelno-materiálových výpočtov, cez pevnostné analýzy až po sériu skúšok, ktoré overili zhodu s príslušnými normami.

Bola to veľmi náročná úloha, ktorou sme museli naplniť prísne bezpečnostné požiadavky, ktoré boli na tento produkt kladené. Matador Group sa orientoval na technické zabezpečenie konštrukcie, ale najmä na návrh dizajnu automobilu, ktorý by bol vhodný kvalitatívnej úrovne svetovej výstavy Expo Dubaj 2020.

Vozidlo už svojim dizajnom dokazuje, že sa jedná o unikát, no jedinečné je aj vďaka svojmu pohonu. Ako pracuje vodíkový pohon v MH2 s palivovým článkom PEM?

Pohon v koncepčnom vozidle MH2 pozostáva zo špeciálnych certifikovaných nízkotlakových zásobníkov MNTZV-60, v ktorých je uložený vodík. Následne je vodík transportovaný z týchto zásobníkov systémom potrubí a rozvodov do PEM palivového článku. V ňom dochádza ku katalytickému zlučovaniu vodíka s kyslíkom za priamej výroby elektrickej energie a tepla.

Táto elektrická energia je následne privádzaná cez batériu a regulačnú jednotku do elektromotorov, ktoré sú umiestnené v kolesách. Batéria v tomto zariadení slúži na rekuperáciu elektrickej energie počas brzdenia a taktiež vyrovnáva potreby zvýšených požiadaviek elektromotorov na energiu počas rozjazdu a zrýchľovania.

Odpadným produktom počas jazdy je voda a teplo, ktoré sa využíva pri prevádzke teplotného manažmentu MNTZV zásobníkov a tiež na vykurovanie vozidla v chladnejšom období, vďaka čomu sa neznižuje dojazd pri používaní vykurovania na rozdiel od elektrických áut.

Aký spôsob uskladnenia vodíka bol využitý pri vývoji tohto konceptu?

Hlavný rozdiel uskladnenia vodíka v porovnaní s aktuálne využívanými komerčnými vysokotlakovými zásobníkmi v homologizovaných vozidlách je predovšetkým vo využití procesu absorpcie pri uskladnení. Systém, ktorý využíva náš koncept používa nízkotlakové uskladnenie vodíka s pretlakom pri bežnej prevádzke do 1 MPa a pri tankovaní do 2,5 MPa.

Pri bežnom vysokotlakovom uskladnení je to až 70 MPa. Náš systém využíva k uskladneniu vodíka chemickú väzbu, ktorá vzniká medzi vodíkom a vhodnou zliatinou kovov, a teda tvorí metalhydrid. Atómy vodíka sú uskladnené priamo v štruktúre kovovej mriežky, teda v medziatomárnom priestore zliatiny, vďaka čomu sa už takto uložené atómy nezúčastňujú na vytváraní tlaku v nádobe.

Z dostupných informácií sa hovorilo aj o špecifickom teplotnom manažmente pre uskladňovanie vodíka vo vozidle. O aký teplotný manažment sa jedná?

Najväčšou výzvou bolo navrhnúť a vytvoriť konštrukciu MH zásobníkov, ktoré umožňujú plynulé uvoľňovanie vodíka zo štruktúry kovu s požadovaným tlakom a prietokom pre palivový článok a zároveň skrátiť čas pri tankovaní takéhoto zásobníka.

Tomu predchádzali analytické a numerické výpočty s cielenou optimalizáciou. Keďže metalhydidové zásobníky vyžadujú zmenu teploty v závislosti na tom, či je zásobník plnený ale vyprázdňovaný, dôležitou výzvou bolo riešenie chladenia a ohrievania zásobníkov.

Počas procesu plnenia zásobníkov vodíkom sa zásobníky postupne zohrievajú po úroveň dosiahnutia rovnovážneho stavu, t.j. teploty a tlaku, pri ktorej už zliatina prestane absorbovať vodík. Úlohou teplotného manažmentu je teda v tomto prípade udržiavať teplotu zásobníka na takej úrovni, aby tankovanie prebiehalo v plynulom režime.

Na druhej strane počas jazdy je potrebné zo zásobníkov získavať vodík, ten sa zo štruktúry kovu uvoľňuje za pomoci tepla, ktoré je možné získať využitím odpadového tepla generovaného palivovým článkom. Čiže počas jazdy je potrebné zásobníky ohrievať.

Využitím analytických a numerických výpočtov sa optimalizovali teplovýmenné plochy, umožňujúce udržiavanie rovnomerne rozloženého teplotného poľa v objeme metalhydridovej zliatiny a z nich vyplývajúce riešenia sú v súčasnosti už patentovo chránené.

Dosiaľ sme mohli vidieť najmä vizuálnu stránku tohto superšportu. Viete nám však priblížiť, aký výkon skrýva pod zadnou kapotou a aké sú jeho ďalšie technické špecifikácie?