Karayolu taşıtlarının (HGV) dekarbonizasyonunun zorluğu, çözülmesi her zaman kolay olmayan birçok sorun ortaya çıkarıyor. Ancak Hydrogen Vehicle Systems bir çözümü olduğuna inanıyor.
Ağır vasıta sektörü, CO2 ve sera gazı emisyonlarını azaltmak için her zamankinden daha yakın bir inceleme altında. 2040 yılına kadar tüm HGV’lerin sıfır emisyonlu olması gerekecek. Hydrogen Vehicle Systems (HVS), hidrojenin bu zor sektörün karbondan arındırılmasında büyük bir rol oynayacağına inanan birçok sektör oyuncusundan biri.
HGV projesi 2018 yılında başladı. Tasarım müdürü Pete Clarke, “İşletme 2017 yılında kuruldu ve başlangıçta pandemiye kadar birkaç yıl çalıştı. Bugün Nuneaton, Birleşik Krallık’taki Horiba MIRA kanıtlama sahasında, Glasgow’daki merkezde ve Coventry’deki erken prototip üretim tesisinde yapılan geliştirmelerde görüldüğü gibi, HVS 2020’den itibaren ilerledi.” diyor. Mevcut bir OEM ürününü dönüştürmek yerine, amaca uygun bir araç tasarlama fırsatı nedeniyle sıfırdan bir yaklaşım seçiliyor.
HVS bir OEM rakip kamyon satın aldı. Proton değişim membranı (PEM) yakıt hücresini, hidrojen depolamayı, batarya sistemini ve diğer yeni teknolojileri en iyi şekilde nasıl dahil edebileceğini görmek için aracı parçalarına ayırdı. Clarke, “Temelde tamamen farklı bir tahrik sistemi için tasarlanmış olan önceden var olan bir araç tasarımına yeni bir teknoloji seti yerleştirmeye çalışıyorduk. Alan, ambalaj boyutu ve performanstan ödün veriyoruz. Yapmayı seçtiğimiz şey, tahrik sistemini almak ve onun etrafında bir araç tasarlamak, bunun tam tersini yapmak değil.” diyor.
Desteklenen denemelerin 2025 yılında başlaması beklenen ve 2026 yılında üretime geçmesi planlanan 40 tonluk 4X2 HGV çekici ünitesi tamamen yeni bir şasi üzerine oturuyor. Hidrojen güç aktarma sistemi basınçlı hidrojen silindirleri, yakıt hücreleri, elektrikli bir arka aks ve yakıt hücresi ile e-aks arasında tampon görevi görerek tekerleklere verilen gücü düzenleyen bir enerji depolama sisteminden oluşuyor. Bir elektrik motoru gücü tekerleklere iletir ve bir Kinetik Enerji Geri Kazanım Sistemi (KERS) frenleme sırasında ve kamyon yavaşlarken enerjiyi geri toplar.
Kurulan sistem
Yakıt hücresi yığını yerleşik bir sistemdir ve yaklaşık 200kW (270hp) net güç çıkışına sahip olacaktır. Uzun vadede 300kW (402hp) versiyonu da gelecektir. Gücü yönetmek için araçta bir akü bulunmaktadır. Aracın ihtiyaç duyduğu elektrik yakıt hücresi tarafından üretilir, İYM bileşeni yoktur. Ancak bariz faydalarından biri, tipik bir BEV kamyonu için genellikle gerekli olan büyük bir aküyü şarj etmeye gerek olmamasıdır. Bu aynı zamanda akünün daha hafif olması anlamına geliyor ki bu da yük taşıma kapasitesinin çok önemli olduğu ağır yük sektöründe hayati önem taşıyor. Clarke, “40 tonluk bir BEV kamyonda 3,5-5,0 tonluk bir batarya ile 900 kg’lık bir yakıt hücresi ve hidrojen depolama sisteminin karşılaştırılması, ağırlık tasarrufunun doğrudan treylerde taşınabilen ek yüke aktarıldığı anlamına geliyor” diyor. Batarya sistemi yaklaşık 75kWh kapasiteye sahip, ancak Clarke kapasitenin en önemli değer olmadığını söylüyor.
Clarke, HVS aracının taleplerinin enerji yoğun bir batarya yerine yüksek güçlü bir bataryayı tercih edeceğini söylüyor. “Elektrikli bir otomobil veya hafif ticari araç tipik olarak çok fazla güç tutması gereken bir enerji faktörüne sahip olacaktır, oysa bizim HGV’miz daha geçicidir, akü araç üzerinde bir tampon görevi görür. Esasen aracın kontrolünde yüksek güç giriş ve çıkışına ihtiyacımız var. Batarya sistemimizi seri ve paralel konfigürasyon açısından çok farklı seviyelerde ısmarlayabilecek bir tedarikçiyle çalışıyoruz.”
Tahmini menzil, 700 bar basınçta depolanan 51 kg hidrojen ile gerçek dünya sürüş koşullarındaki farklı parametrelere bağlı olarak 250-370 mil (400-600 kilometre). Bir, iki ya da üç hidrojen tankı seçeneğinin sunulması beklenmektedir; bu tanklar ağırlıklı olarak karbon fiber sargıdan yapılmıştır ve her biri 350 bar basınçta 10 kg, 700 bar basınçta 17 kg tutmaktadır. Yakıt doldurma süresi yaklaşık 20 dakikadır. HVS’nin stratejik yatırım ortağı EG Group, yakıt ikmal altyapısı, filo müşteri tabanı ve küresel ölçeklenebilirlik potansiyeli sunabilir.
Enerji merkezi
Entegre güç aktarma sistemi HVS’nin gelişmiş kontrol sistemi ‘SEMAS’ tarafından kontrol edilmektedir. Bu sistem sürücü ve kontrol sistemleri arasındaki etkileşimleri izleyerek yakıt verimliliği ve dayanıklılığa yardımcı oluyor. Baş bilim sorumlusu Dr. David Telford, kamyonun güç aktarma organlarının optimizasyonuna geleneksel bir araçtan ziyade bir enerji merkezi olarak yaklaşıldığını söylüyor. “En iyi olgun yakıt hücresi olduğunu düşündüğümüzü tedarik etme ve özellikle hedeflediğimiz görev döngüsü için çalışan eşleşen pil sistemini yerleştirme fırsatına sahibiz. Ayrıca araç tasarımımızda teknoloji olgunlaştıkça değiştirebileceğimiz küçük bir esnekliğe sahibiz.” diyor. Hedefler arasında yüksek enerji verimliliği ve yakıt hücresi dayanıklılığı elde ederken, rota ve yük optimizasyonu da dahil olmak üzere tüm güç aktarma sisteminin değerlendirilmesi yoluyla performans gereksinimlerini karşılamak yer alıyor. Sofistike simülasyon ve CAD tasarımının kullanılması, farklı güç aktarma kombinasyonlarıyla görev döngülerinin simüle edilmesine ve gerçek dünya arazi modellemesine kadar bu optimizasyona yardımcı oldu.
Clarke, temiz levha modüler yaklaşımının tüm aracı saran daha optimize bir tasarıma olanak sağladığını açıklıyor. Modülerlik, müşteri ihtiyaçlarına bağlı olarak 450kW’a (600hp) kadar 2 farklı güç seviyesi sunmak istenilen e-akstan; kabinin arkası yerine aracın dingil mesafesine oturan 3 silindire kadar modüler hidrojen sistemine; güç açısından yakıt hücresi türevine ve aküye kadar ana güç aktarma sistemlerinin neredeyse her seviyesini etkiliyor.
Görev çağrıları
Clarke, elektrikli menzil mesafesinin doğruluğunun ‘gerçek dünyada’ arazi, yükler ve görev döngüsü gibi çeşitli faktörlere bağlı olduğunu söylüyor. Telford, özellikle HGV’lerle ilgili olarak anlaşılması gereken en önemli şeylerden birinin, bir yolculuğu tamamlamak için gereken enerjinin yola, rotaya ve diğer faktörlere göre büyük ölçüde değiştiği olduğuna inanıyor. Görev döngüsü de önemli bir rol oynamaktadır. “Bir HGV için araç menzili tek bir rakam değildir. Araçları karşılaştırmak için bir referans görev döngüsüne sahipsiniz ve birinin diğerinden daha fazla menzile sahip olması mantıklı. Ancak bu, gerçek dünyada ulaşılabilecek menzil anlamına gelmeyebilir” diyor ve gerçek dünya rakamlarının taşınan yüke ve sürüş arazisine bağlı olduğunu ekliyor.
