Ontwikkeling Toyota Hilux op waterstof bereikt volgende projectfase

Baanbrekend project om een Hilux pick-up met waterstofbrandstofcel te realiseren is de volgende en laatste fase ingegaan, wat een nieuwe mijlpaal betekent in Toyota’s streven naar een CO2-vrije toekomst.

Sinds de onthulling van het eerste prototype in september 2023 hebben Toyota en zijn consortiumpartners met financiële steun van de Britse regering een intensieve evaluatie- en demonstratiefase bereikt.

De nieuwste mijlpaal in dit gezamenlijke ontwikkelingsproject toont de brede reikwijdte van Toyota’s ‘multi-path’ strategie naar CO2-neutraliteit, waarbij verschillende aandrijflijnen – zelfopladende hybride, plug-in hybride, batterij-elektrisch, waterstof en e-brandstof − worden toegepast om aan verschillende gebruikersbehoeften en lokale omstandigheden te voldoen.

In totaal zijn nu 10 prototypes van de Hilux met brandstofcel gebouwd in de fabriek van Toyota Motor Manufacturing UK (TMUK) in Derby, Engeland. Vijf voertuigen ondergaan rigoureuze praktijktests om de veiligheid, prestaties, functionaliteit en duurzaamheid te beoordelen, waarbij proefritgegevens in echte situaties worden gegenereerd. Vijf andere voertuigen worden ingezet voor demonstraties aan klanten en media, onder andere tijdens de komende Olympische en Paralympische Spelen van Parijs 2024. Door klanten te warm te maken voor waterstofbrandstofceltechnologie, legt Toyota de basis voor een succesvolle waterstofvervoerssector in de toekomst.

Toyota heeft 30 jaar onderzoeks- en ontwikkelingservaring op het gebied van waterstofbrandstofcellen, die samen met de opgedane kennis in het Hilux-project bijdraagt aan de brandstofceltechnologie van de volgende generatie. Deze zal voor langere levenscycli, een grotere actieradius en aanzienlijk lagere kosten zorgen.

Gezien de gestage groei in mobiliteits- en energieopwekkingstoepassingen verwacht Toyota dat Europa in 2030 een van de grootste markten voor waterstofbrandstofcellen zal zijn. In december 2023 kondigde Toyota Motor Europe (TME) daarom de Hydrogen Factory Europe aan. Deze vertegenwoordigt Toyota’s gecoördineerde aanpak om deze technologie op de markt te brengen, van ontwikkeling en productie tot verkoop en aftersales.

Het project rond prototypes van de Hilux met brandstofcel is een belangrijke springplank om waterstoftechnologie verder te ontwikkelen en een bredere uitrol van waterstofecosystemen en -infrastructuur in Europa te stimuleren.

Voertuigprofiel

Het prototype van de Toyota Hilux met waterstofbrandstofcel is gebaseerd op de legendarische Toyota Hilux, die vermaard is om zijn kwaliteit, duurzaamheid en betrouwbaarheid op de zwaarste terreinen ter wereld, en laat zien hoe brandstofceltechnologie in een pick-up geïntegreerd kan worden.

Uiterlijk heeft de Hilux met brandstofcel dezelfde afmetingen en robuuste uitstraling als de nieuwste Hilux. In de variant met dubbele cabine is hij 5325 mm lang, 1855 mm breed en 1810 mm hoog, maar onder de oppervlakte is hij baanbrekend dankzij Toyota’s brandstofceltechnologie.

Het vermogen wordt geleverd door basiselementen uit de Toyota Mirai, ’s werelds eerste in serie geproduceerde sedan met waterstofcel die in 2015 door Toyota werd geïntroduceerd. Na bijna tien jaar van commerciële productie heeft deze technologie haar kwaliteit wel bewezen.

De Hilux met brandstofcel heeft een verwacht rijbereik van maximaal 600 km: meer dan mogelijk is met een batterij-elektrisch systeem. Dankzij het lage gewicht van waterstof kan bovendien een hoger laad- en trekvermogen worden bereikt in vergelijking met andere emissieloze alternatieven.

Waterstof wordt opgeslagen in drie brandstoftanks onder hoge druk, die elk 2,6 kg bevatten voor een totale systeemcapaciteit van 7,8 kg. De tanks zijn in het ladderchassis gemonteerd.

De brandstofcel met polymeerelektrolytmembraan bevat 330 cellen en is boven de vooras gemonteerd. De Hilux met brandstofcel heeft achterwielaandrijving via een elektromotor op de achteras, die een maximumvermogen van 134 kW (182 DIN-pk) en een maximumkoppel van 300 Nm levert. Tijdens het rijden produceert de brandstofcel geen uitlaatgassen, alleen zuiver water.

Een lithium-ion hybride batterij, die de elektriciteit opslaat die door de ingebouwde brandstofcel wordt geproduceerd, bevindt zich achterin onder de laadvloer, boven de waterstoftanks. Hierdoor gaat geen ruimte verloren in de cabine.

Projectoverzicht

Het project rond prototypes van de Hilux met waterstofbrandstofcel, dat begin 2022 van start ging met een haalbaarheidsstudie om de voordelen van waterstof aan te tonen via een representatief prototype, heeft in hoog tempo zijn eindfase bereikt.

De haalbaarheidsstudie, uitgevoerd door TMUK en TME, maakte vervolgens financiering door de Britse overheid mogelijk via het Advanced Propulsion Centre, een non-profitorganisatie die de ontwikkeling van schonere technologieën en nieuwe mobiliteitsconcepten ondersteunt.

Van juli 2022 tot januari 2023 werd een intensief ontwerp- en ontwikkelingsprogramma uitgevoerd met consortiumpartners Ricardo, ETL, D2H Advanced Technologies, Thatcham Research en extra ondersteuning van Toyota Motor Corporation (TMC).

De onderdelenproductie, waaronder het lassen van het ladderchassis, vond voorafgaand aan de bouw van de prototypes en volgens de principes van het Toyota Production System plaats tussen februari en mei 2023 in een speciale ruimte van de TMUK-fabriek. Ricardo ondersteunde de voorbereidingen voor de bouw van de prototypes door ontwerp- en ontwikkelingstaken uit te voeren en het volledige productieproces tegelijk met de teams van TMUK te bevestigen.

De bouw van de prototypes vond plaats tussen juni en juli 2023 en het eerste voertuig was in slechts drie weken gereed. Negen andere prototypes werden geassembleerd voorafgaand aan een grondige evaluatiefase van juli tot december vorig jaar, waaronder proeven op de testbank en op het circuit.

Deze tien prototypes worden nu in de praktijk getest en daarnaast ingezet om klanten te interesseren, waarmee de laatste fase van dit onderzoeks- en demonstratieproject voor de Hilux met brandstofcel wordt afgesloten.

Ontwikkeling van Toyota’s waterstofbrandstofcel

Toyota is de brandstofceltechnologie sinds 1992 blijven verfijnen en in 2015 werd de Mirai ’s werelds eerste in serie geproduceerde sedan met waterstofbrandstofcel. Hiervoor werden Toyota’s brandstofcellen van de eerste generatie gebruikt. Vijf jaar later werd in een nieuwe Mirai de tweede generatie brandstofcellen geïntroduceerd, die de actieradius met 30% vergrootten tot ongeveer 650 km.

Om het potentieel van waterstof uit te breiden tot andere toepassingen dan auto’s, heeft Toyota zijn brandstofcellen in een compacte modulaire vorm gegoten. De hoofdcomponenten − de brandstofcellen en componenten die de luchttoevoer, waterstoftoevoer, koeling en vermogensregeling verzorgen − zijn geïntegreerd in een compacte vorm, die eenvoudig aan verschillende producten en toepassingen aangepast kan worden. De modules zijn verkrijgbaar in een doos of een plat, rechthoekig formaat om de flexibiliteit te vergroten en de aanpassing aan nieuwe toepassingen te vereenvoudigen.

Deze brandstofcelmodules worden lokaal in Europa geassembleerd in het R&D-centrum van TME in België, waar een assemblagelijn staat die geavanceerde technologieën met hoogwaardig vakmanschap combineert. De Hydrogen Factory Europe zal steeds meer brandstofcelsystemen produceren en is nauw verbonden met Toyota’s andere waterstofactiviteiten om een wereldwijd bereik en wereldwijde service te realiseren.

Een belangrijk element van Toyota’s plan om het gebruik van waterstof uit te breiden, is de nieuwe brandstofceltechnologie van de derde generatie die momenteel wordt ontwikkeld en waarvan de verkoop voor 2026-27 is gepland. Deze eenheden leveren een hogere vermogensdichtheid en leiden tot een verwachte toename van de actieradius met 20%. Technische vooruitgang en grotere productievolumes kunnen helpen om de kosten met meer dan een derde te verlagen.

Verder onderzoek is gericht op de mogelijkheden van schaalbare brandstofcellen met verschillende vermogens en het ontwerp van brandstoftanks met complexe vormen die compatibel zijn met voertuigen van verschillende groottes.