Dvě verze elektrické Zafiry, projekt Opelu a General Motors, byly v roce 2002 připraveny k praktickému využití. Přesvědčili jsme se o tom na trati Velké ceny Monaka, kde rovněž dva čeští motorističtí novináři (oba strojní inženýři) dostali možnost usednout za volant vozů Opel Zafira HydroGen3. Prodloužená trať Grand Prix svou členitostí důkladně prověřila testované automobily a lze říci, že díky svižné akceleraci zdaleka nebyly brzdou víkendového provozu.
Plně pětimístný Opel Zafira HydroGen3 byl postaven ve dvou různých verzích označených compressed 700 (dvě kompozitové nádrže stlačeného vodíku s pracovním tlakem 700 barů) a liquid (jedna nádrž kapalného vodíku z nerezavějící oceli). Právě způsob skladování vodíku, jehož reakcí v palivovém článku s kyslíkem (ze vzduchu) vzniká elektrická energie pro napájení trakčního elektromotoru, reprezentuje největší rozdíl v konstrukci obou typů.
Kapalný, nebo stlačený vodík?
Plynný vodík, nejlehčí prvek naší planety, se skladuje opravdu obtížně. Nejprve je třeba zvýšit jeho hustotu, což se děje zkapalněním, či stlačením. Nevýhodou uchování v kapalném stavu je nutná extrémně nízká teplota -253 °C, která vyžaduje účinnou izolaci nádrže. Přesto se po zastavení vozidla teplota v nádrži zvyšuje, vodík se odpařuje, musí se odvádět pojistným ventilem a v katalyzátoru se mění na vodu i bez spalování. Tento proces nelze zastavit, což znamená, že při delším parkování se nádrž samovolně vyprázdní. Teprve při denním využívání vozidla (minimum 25 km) se vodík neztrácí. Čím více se jezdí, tím systém pracuje účinněji. Malé proběhy ovšem znamenají velké ztráty. Víkendový řidič (2× 50 km) by se ztrátami až 25 % vodíku nebyl spokojen, a proto vznikla verze na stlačený vodík, která sice tuto nevýhodu eliminuje, ale dovoluje menší dojezd 270 proti 400 km. Vodík je stlačen na 700 barů, nádrž je zdvojená a téměř 80 % její ceny připadá na kompozitové materiály pro sendvičovou vícevrstvou konstrukci.
Rychlé plnění vodíkem
Nádrž se plní během několika minut, s dvojnásobnou bezpečností uvádí výrobce životnost 2,5 roku. U nerezových nádrží na kapalný vodík představují největší náklady (téměř 60 %) nutné kryogenní ventily. V obou verzích jsou nádrže uloženy pod zadním sedadlem, které je o 25 mm výše než u sériové Zafiry. Jinak HydroGen3 jezdí jako elektromobil, pohonná jednotka je shodná s konceptem GM Hy-wire, stisknutím tlačítka se volí jízdní režim; řidič má k dispozici dvoupedálové ovládání brzda/plyn. HydroGen3 s pohotovostní hmotností 1 590 kg zrychluje z 0 na 100 km/h za velmi slušných 16 sekund a dosahuje největší rychlosti 160 km/h. Řešení podvozku odpovídá sériovému Opelu Zafira model 2002, takže jízdní vlastnosti jsou na obvyklé úrovni. Jednou ze zkoušek bezpečnosti bylo vypuštění a zažehnutí vodíku v tunelu, který během minuty shořel mimo vůz, zatímco benzin by podle studie hořel dlouho a přímo ve voze, případně na něm.
Různá řešení General Motors
Rozšíření vodíkových automobilů samozřejmě podmiňuje infrastruktura čerpacích stanic. U General Motors tehdy uvažovali už pouze o čistém vodíku, když složitější výrobu vodíku reformací metanolu nebo benzinu přímo ve vozidle zavrhli (zkoušela se také v Zafiře HydroGen kromě jiných prototypů). Vývoj palivových článků u General Motors probíhá od roku 1964. První vlaštovkou byl GM Electrovan, experimentální minibus s 32 palivovými články GM/Union Carbide napájenými z nádrží kapalného vodíku a kapalného kyslíku. V roce 1966 dosáhl rychlosti 110 km/h a ujel až 240 km na jednu náplň. Po delší době vývoj pokračoval především úpravami velkoprostorového vozu Opel Zafira, u něhož se během pěti let celý systém pohonu výrazně zmenšil (1998 – 2002). Už v roce 1998 byla založena divize General Motors Global Alternative Propulsion Center s pracovišti ve Warrenu (Michigan), Honeoye Falls (New York) a německém Mainzu (Opel). U prvního provedení vodíkové Zafiry uvedené na autosalonu v Paříži 1998 zabíral palivový systém celou zadní část karoserie (vůz byl dvoumístný); od verze HydroGen1 (2000) jsou vozy pětimístné a vše je ukryto v podvozku.
Různé vodíkové prototypy GM do roku 2003 ujely přes 75 tisíc testovacích kilometrů. Pak se vývoj zpomalil, po bankrotu General Motors v roce 2009 měl americký koncern jiné starosti, jež vyřešil také prodejem evropského Opelu francouzské skupině PSA Peugeot/Citroën, která nyní pokračuje ve vývoji vodíkových vozidel.
Opel Zafira HydroGen3 (2002)
Elektromotor: třífázový asynchronní, uložený vpředu napříč s integrální řídicí elektronikou; 250/380 V, 60 kW, 215 Nm, max. 12 000 min-1; planetový převod 8,67:1, hmotnost systému 92 kg; 200 sériově zapojených palivových článků 125/200 V, 94/129 kW; pohon předních kol.
Nádrže: a) compressed 700: dvě kompozitové stlačeného vodíku, délka/průměr 954/356 a 732/239 mm; pracovní tlak 700 barů, objem/hmotnost vodíku 77,4 l/3,1 kg; celková hmotnost 95 kg; b) liquid: jedna ocelová kapalného vodíku, délka/průměr 1 000/400 mm; pracovní teplota -253 °C, objem/hmotnost vodíku 68 l/4,6 kg; celková hmotnost 90 kg.
Vozidlo: rozvor náprav 2 695 mm; celkové rozměry 4 317 × 1742 × 1 684 mm; objem zavazadlového prostoru 600 l; pohotovostní hmotnost od 1 590 kg. Zrychlení 0 – 100 km/h za 16 s; největší rychlost 160 km/h; dojezd a) 270 km, b) 400 km.
