歡迎您的參與
您已提交成功！
3
目錄
? 制造：利用廢水制造氫的福岡市
? 運輸：使用搭載高壓儲氫罐的MIRAI實現效率化
? 使用：實現了提高兩成馬力、三成扭矩、油耗不變的進化
? 經歷了半年的挑戰，工程師們的感受
11月13日與14日，超級耐力賽的最后一場比賽在位于日本美作市的岡山國際賽道圓滿結束。在前篇中，我們聚焦了志同道合的伙伴們，快馬加鞭為下一賽季緊張準備的情況。
本篇中，我們將對這一賽季做出總結，從制造、運輸、使用的視角出發，分析這半年的進化成果。
本賽季豐田與多家廠商建立了氫燃料供需關系。其中包括利用地熱發電制氫的大林組，以及利用太陽能發電制氫的豐田汽車九州，和位于福島縣浪江町的福島氫能研究場(FH2R)。另外，還選用了福岡市利用廢水處理生物制氫的全新技術。
福岡市很早就著眼于探究更多氫能開發的可能性，2004年在日本率先成立了產學官聯合組織，成為了“福岡氫能源戰略會議”成員，提前著手相關開發研究。2014年，該市又啟動了“推廣氫能模范市項目”，為實現氫能社會，在日本率先展開了多次實證試驗。
從2015年3月開始，他們挑戰了全球首例通過廢水處理廠，利用來自市民的生活廢水造氫項目，并建設加氫站為氫燃料電池車（FCEV）提供供給。
上圖為設置于福岡市中水處理中心的氫能制造設備
廢水處理生物制氫技術是指，將處理廢水時產生的發酵氣體（包含60%的甲烷CH4和40%的CO2），通過膜分離裝置過濾獲取甲烷，再將其與水蒸氣（H2O）發生反應，從而獲得氫。而剩余的CO2則可以進行液化處理，用于蔬菜溫室栽培。
另外，由于每天都會產生廢水，所以可實現穩定造氫。如果有效利用日本全國的廢水處理廠，用其產生的甲烷造氫，那么將可實現能源地產地銷。
通過廢水處理生物制氫的方式，一天工作12小時，可獲得約3300Nm3左右，相當于大約60輛MIRAI的運輸量。這次為預賽所準備的氫燃料，其中兩成來自于福岡市。
福岡市經濟觀光文化局創業與布局推進部的富田雅志部長，意氣風發地說道：“福岡市從十年前就開始致力于開發氫能，希望尋求與更多志同道合的伙伴建立合作關系，最近一兩年來，社會越來越重視氫能的利用，相信通過這次比賽，隨著朋友圈的擴大，今后一定能夠促進產學官合作，共同為實現碳中和社會而繼續努力。這也是我們一直以來的目標。
本次為比賽提供的氫能，在運輸環節也考慮到了碳中和，特意選用了Euglena公司制造的以生物燃料為動力的汽車，從各個生產地運送到岡山。
另外，由于之前在三重縣鈴鹿賽車場的比賽中，豐田與Commercial Japan Partnersip Technologies（CJPT）合作，使用氫燃料電池輕卡時，為運送15kg重的氫燃料，僅行駛100km就要耗費7kg氫燃料，效率十分低下。
造成這種結果的原因有兩點，首先是運輸用的金屬儲氫罐較重，輕卡能夠裝載的數量十分有限。另一點則是受限于儲氫罐的容器最大允許工作壓力，每個存儲罐的填充量受到了限制。
為解決這些問題，現在正在進行改善工作。決定改用經過MIRAI多年技術積累，既能滿足輕量化目的，又能實現提高允許工作壓力的樹脂內襯CFRP（碳纖維強化塑料）材質儲氫罐。
若使用傳統金屬制儲氫罐，放滿一個貨架重量將達到1.7t，而輕卡的載重量為3t，所以一次甚至不能同時裝載兩個貨架。
而使用新研發的樹脂內襯CFRP儲氫罐，每個貨架重量為1.35t。即便是同時裝載兩個貨架，重量也僅有2.7t，完全可以輕松放入寬幅1.7~2m的卡車中。
上圖為停在賽道活動廣場上，正在展示樹脂內襯CFRP儲氫罐的貨架
此外，金屬儲氫罐的最大允許工作壓力僅有15MPa，而新材質儲氫罐的最大允許壓達到了70MPa。
這樣一來，一次運輸的氫燃料容量便達到了過去的5.5倍，超過了80kg。大大提高了運輸效率。
另外。CJPT的中嶋裕樹社長，還針對未來課題而提出了建議：“雖然CFRP材質的儲氫罐成本較高，但隨著今后氫燃料使用范圍逐漸擴大，當普及到商用車等領域時，我們可以將儲氫罐的尺寸規格化，就像現在大家使用的電池一樣，有著固定的型號。這樣一來，使用者越多，價格自然也會下降。”
氫燃料發動機汽車研發團隊，身處賽車運動嚴苛環境中，在短短三場比賽期間，實現了氫燃料發動機的迅敏研發。
GR項目推進部的高橋智也部長表示：“我們主要改善了發動機的燃燒方式，細微調整了氫燃料噴射方法，使發動機性能得到了提升。但一般情況提高動能后，油耗也會隨之加大，不過從數據上看，現在的油耗與最初在富士國際賽車場時基本沒有變化。從此也證明發動機確實得到了有效改善。”
自氫燃料發動機賽車在今年5月參加富士24小時耐力賽開始，至今已過去6個月。在這期間，發動機的馬力提高了兩成，扭矩提高了三成。如今，從性能方面來看，甚至已經超越了普通燃油車。
從另一方面看，原本魚與熊掌不可兼得的油耗，卻沒有因發動機性能的提高而加大。假設將現在氫燃料發動機賽車的馬力調整到富士賽時期的水平，相當于節省了20%的油耗。
而且，當初4分30秒的加氫時間，由于升壓率的提高，現已縮短了六成，僅需1分50秒即可。
上圖為正在加氫的氫燃料COROLLA。（攝影：三橋仁明/N-RAK PHOTO AGENCY）
高橋部長表示：“儲氫罐的壓力一旦提高將會產生熱量，我們會使用監測器確保其溫度保持在安全范圍內，這樣一來便可以提高速度。”
另外，在對氫燃料發動機進行升級改造的同時，為了在比賽中取得更好的成績，我們必須考慮減少賽車進入維修區的次數。
GR項目推進部首席工程師坂本尚之（CE），在談話中吐露了研發團隊的下一個目標。他表示：“我們現在正致力于延長續航距離。將車身輕量化處理，整體提升汽車性能。這也是為了迎合碳中和社會，為廣大消費者擴大選擇范圍而進行的嘗試。今后該項技術不僅能運用于氫燃料發動機車，在BEV車型中也通用。”
此外，坂本CE還向我們介紹，現在車隊正在為今后的比賽不斷改進升級。“其實現在的儲氫罐形狀體積效率并不高。今后如果儲氫罐能夠改善為可任意制定的形狀，將會更有效率。今年為了能夠趕上比賽日程，我們直接使用了MIRAI的儲氫罐，明年我們還將會研究是否有更好的選擇。”
上圖為密切關注比賽進展的坂本CE。（中央左/攝影：三橋仁明/N-RAK PHOTO AGENCY）
當GAZOO Racing Company的佐藤恒治總裁被記者問到氫燃料發動機賽車性能進化的相關問題時，他如下回答道。
現在車型的整體性能很穩定，車速也很快。在最初富士賽時，還只是被劃分到最末級別的ST-5組（同組參賽車型有HONDA的FIT以及MAZDA的ROADSTER），但如今已經上升為ST-4組（同組參賽車型有TOYOTA的86）。
能在短短的半年之內，將一個新車型進化到可以參加ST-4組比賽的水平，完全要歸功于賽車場上的歷練。
另外，有些改善可能無法通過賽車的速度提升而被直白地看到。譬如，以前在預賽與正式比賽開始前，基本上需要徹夜工作，但如今由于車型已經不需要大量排錯，也沒有很多異常發生，因此這半年以來，從賽程操作上也有了很大改進。
現在終于可以說將這一車型吃透，真正達到了賽車的水平。
速度的提升可以通過數值體現，但其實還有很多發生在維修區的，在“工作方式”上的變化也不容忽視。研發團隊的成員們也都有這種實感。
坂本CE說：“批量生產的研發工作往往都比較慎重，需要根據面臨的問題去設定交期。但賽車運動期間的研發，交期必須設定為比賽間隙的一個半月內，因此很多工作方式都要隨之改變。大家不斷集思廣益，團結一致，才能最終實現突飛猛進的進化。”
高橋部長也針對敏捷開發表示肯定：“汽車能夠在這么短的時間內得到歷練，半年內就完成了車型的整體提升，可以說是史無前例的事情。”
2022年的3月19日、20日，超級耐力賽將在鈴鹿賽車場開賽。出色完成完美進化的氫燃料發動機車，下一賽季的表現也不容忽視。
上圖為一起再2021年賽季中打拼的ROOKIE Racing成員們。（攝影：三橋仁明/N-RAK PHOTO AGENCY）
