Je kunt bij Toyota elektrische bestelwagens krijgen, maar het Japanse merk gelooft minstens zo sterk in waterstof. En dan zeker voor utilitaire toepassingen waarbij laadvermogen en uptime cruciaal zijn. Wij konden in een Engelse steengroeve achter het stuur kruipen van de Toyota Hilux met brandstofcel, een onderzoeksproject dat over enkele jaren tot iets concreets zou kunnen leiden…

Toyota gelooft dat er meerdere wegen zijn om tot een emissievrije toekomst te komen, ook voor bedrijfsvoertuigen. Het legt zijn eieren niet in één mand, maar werkt onder meer aan batterijvoertuigen, brandstofcellen, verbrandingsmotoren op waterstof en klimaatneutrale brandstoffen. Voor de eerste categorie sloeg het de handen in elkaar met Stellantis (Citroën, Opel, Peugeot, Fiat). De elektrische Proace City, Proace en Proace Max lagen als het ware klaar op het schap. Andere badge erop, andere stofjes, een extra kwaliteitscontrole op het eind van de band en klaar is ProKees.

Dit partnership geeft ook aan dat Toyota zijn R&D-middelen liever elders investeert. En dan nog het liefst in de brandstofcel, zoveel is duidelijk. Het ziet een gouden toekomst voor deze technologie, die op sommige markten op heel wat bijval kan rekenen. Elders blijft het succes uit, te wijten aan de problematische distributie van waterstof. Hoe dan ook hebben de Japanners er intussen al dertig jaar ervaring mee opgebouwd en biedt H₂ – letterlijk – massa’s voordelen. 

Gewicht, uptime, rijbereik

Mocht je de Hilux ombouwen tot een batterijvoertuig met een reële actieradius van 600 kilometer, dan zou je een accu van haast een ton moeten installeren. Daarmee compromitteer je meteen het laadvermogen en dus het praktische nut van de pick-up, die bovendien zijn terreinprestaties beperkt zou zien. Zo’n flinke accu zou ook gepaard gaan met een hoog verbruik en uren tijdverlies bij het opladen. Ze zou de kostprijs van de auto bovendien tot onverkoopbare hoogtes stuwen.

Niet dat een brandstofcel vandaag een uitgesproken betaalbare oplossing is, maar Toyota doet er alles aan om de technologie op te schalen en dus te democratiseren. Om te beginnen houdt het zijn waterstofsysteem niet voor zichzelf: andere automerken (zoals BMW) mogen er gebruik van maken. Bovendien gaat het om een modulair concept dat ook ingebouwd kan worden in treinen, boten, bussen en vrachtwagens. Je kunt er zelfs een emissievrije, haast compleet geruisloze stroomgenerator mee maken. 

Mirai als donor

De Toyota Hilux FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) moet dan ook de boodschap uitdragen dat de brandstofcel voor diverse toepassingen kan dienen – en dan vooral degene waarbij laadvermogen, uptime (maximale beschikbaarheid) en rijafstand een rol spelen. Donorauto voor de prototypes was vanzelfsprekend de Toyota Mirai van de tweede generatie. De grootste uitdaging schuilde in het doen passen van onder meer de 330 brandstofcellen, de koeling, de sturingseenheid en de compressor in het motorcompartiment, dat minder lang is dan dat van de Mirai.

De Hilux heeft dan wel als grote voordeel dat hij in zijn ladderchassis ruimte te over heeft voor de waterstofreservoirs. Tussen de wielassen bevinden zich drie identieke exemplaren van 2,6 kg in langsrichting. De totale hoeveelheid H₂ bedraagt daarmee 7,8 kg (2,2 kg meer dan in de Mirai) en moet goed zijn voor een rijbereik van naar schatting 600 kilometer. Daarmee heeft hij zo’n 50 procent extra energie nodig in vergelijking met de Mirai, die volgens de normcyclus 0.8 kg waterstof oxideert per honderd kilometer. 

Rijdende stroomcentrale

We nemen plaats aan het stuur van één van de tien prototypes die Toyota gebouwd heeft in het Verenigd Koninkrijk, waar het subsidies van de overheid kreeg om het project te voltooien in partnership met diverse Britse partijen. Het betreft de meest utilitaire uitvoering van de Hilux, met slechts twee deuren en een noodachterbankje (Extra Cab). Het pookje op de middenconsole komt bekend over: het is overgeheveld van de Toyota Prius. We trekken het in D en geven gas. Afijn, waterstofgas.

Meteen valt op hoe stil dit werkpaard rijdt. Bij wijze van vergelijking (sic) hadden we voor onze kennismaking met de Fuel Cell Electric Vehicle nog enkele rondjes met de 2.8 D in GR Sport-livrei kunnen rijden. We bevinden ons in een steengroeve gelegen in het hart van de driehoek Manchester-Birmingham-Sheffield die het eigendom is van JCB. Het wordt normaal gebruikt om graaf- en grondverzetmachines te testen, maar vandaag staat het ter beschikking van Toyota om er het kunnen van de Hilux FCEV te demonstreren.

De uitdaging genaamd Hilux

In vergelijking met de dieselversie bedraagt het meergewicht van de FCEV slechts tientallen kilo’s. Je moet dus rekenen op een dikke twee ton, wat nog een duizend kilo aan nuttig laadvermogen zou overlaten. Hoeveel deze uitstootvrije Hilux kan slepen? Daar kan Toyota geen informatie over geven. Feit is dat er een grote uitdaging schuilde in de koeling van de brandstofcellen, die naast stroom ook veel warmte afgeven.

Bij een conventionele auto wordt die afgevoerd via de uitlaat, de koelvloeistof en de motorolie. Een Fuel Cell kan enkel over een koelcircuit beschikken. De afgestompte kegelvorm van de snuit van de Hilux beperkt het radiatoroppervlak, wat de ingenieurs voor een extra uitdaging stelde. Ze moesten dus een bijzonder performante radiator ontwikkelen met een verbeterde luchtdoorstroming. Opdracht volbracht: het aangepaste rooster is 40% efficiënter.   

Achterwielen volstaan

Net als bij de Mirai worden bij de Hilux de achterwielen aangedreven door een elektromotor, die hier 134 kW/ 182 pk levert. Het gaat om een klassieke synchroonmotor met permanente magneet, zoals die door het gros van de elektrische auto’s vandaag gebezigd wordt. De stroom komt uit een kleine lithium-ionbatterij van 4 Ah, die als buffer dienstdoet. Ze slaat de stroom op die door de brandstofcel wordt geproduceerd, maar ook degene die tijdens het regeneratief remmen wordt opgewekt door de elektromotor.

De elektriciteit wordt on the go geproduceerd door 330 cellen (de fuel cell stack), die samen 128 kW kunnen leveren en een vermogensdensiteit hebben van 4,4 kW/l. Het werkingsprincipe is eenvoudig: de omgevingslucht wordt gefilterd, gecomprimeerd, via een intercooler gekoeld en in contact gebracht met waterstof in de cel, die net als een batterij een positieve en een negatieve pool bevat. Zuurstof uit de lucht (O₂) wordt gesplist in atomen, die zich binden aan de waterstof uit de reservoirs. Deze chemische reactie geeft elektriciteit en warmte vrij, naast zuiver water als restproduct. Dat druppelt discreet uit een buis onder de auto. 

Achterwielaandrijving en Extra Cab

Je las het goed: deze waterstof-Hilux wordt alleen op de achterwielen aangedreven. Waarom geen vierwielaandrijving, zoals die bij de meeste Hilux-modellen? En waarom een Extra Cab in plaats van de Double Cab? “We wilden vertrekken van de meest utilitaire uitvoering met het laagste gewicht, de grootste beschikbare inbouwruimte en de minste complexiteit”, verklaart Timothy D’Herde, de Belgische ingenieur die het tot Head of Powertrain R&D heeft geschopt.

“Dat neemt niet weg dat we op termijn een 4x4-systeem kunnen ontwikkelen voor voertuigen met een brandstofcel. Vroeger dan 2026-2027 zal dat allicht niet zijn, want dat is de verwachte introductieperiode voor de derde generatie van onze fuel cell. Die zal een nog hogere energiedensiteit hebben en tot 20 procent extra actieradius bieden”, aldus Timothy. 

Vast staat dat we op de stoffige steile wegen van de steengroeve zelden om grip verlegen zitten. De terreinbanden doen hun werk. Sporadisch valt er wat lol te trappen als ze even verzadigd geraken en de auto een beetje uitbreekt. Het stuur, dat hier elektrisch bekrachtigd is, voelt verrassend consistent aan. Is dit een Dakar-auto in wording?

Als een merk als Toyota zijn schouders zet onder een bepaalde technologie, dan is dat niet om zomaar zijn technische kunnen te demonstreren. Er zijn verschillende wegen die naar emissievrije mobiliteit leiden en waterstof is bij het zwaardere werk ongetwijfeld de interessantste oplossing. Wordt zeker en vast vervolgd.