Het project om de Toyota Hilux pick-up te voorzien van een waterstof-elektrische aandrijflijn is de volgende – en laatste – fase ingegaan. Het is een mijlpaal in Toyota’s streven naar een koolstofvrije toekomst.
Sinds de onthulling van het eerste prototype in september 2023 hebben Toyota en zijn consortiumpartners met steun van de Britse overheid een intensieve evaluatie- en demonstratiefase bereikt.
De nieuwste mijlpaal in dit gezamenlijke ontwikkelingsproject toont de brede reikwijdte van Toyota’s multi-path strategie naar koolstofneutraliteit, waarbij verschillende aandrijflijnoplossingen worden toegepast: hybride, plug-in hybride, batterij-elektrisch, brandstofcel-elektrisch en e-brandstof, om te voldoen aan verschillende gebruikersbehoeften en lokale infrastructuur.
Tien prototypes
In totaal zijn er nu tien prototypes van de waterstof-elektrische Toyota Hilux gebouwd in de Toyota Motor Manufacturing UK (TMUK) fabriek in Derby, Engeland. Vijf voertuigen ondergaan strenge praktijktests om de veiligheid, prestaties, functionaliteit en duurzaamheid te beoordelen.
Vijf andere exemplaren worden gebruikt voor demonstraties voor klanten en media, onder andere tijdens de komende Olympische en Paralympische Spelen in Parijs 2024. Door klanten te betrekken bij waterstof-brandstofceltechnologie legt Toyota de basis voor een succesvolle waterstofvervoerssector in de toekomst.
Permanente groei ontwikkeling brandstofcel
De knowhow van het Hilux-project zal samen met Toyota’s onderzoek en ontwikkeling op het gebied van waterstofbrandstofcellen van de afgelopen dertig jaar bijdragen aan de volgende generatie brandstofceltechnologie, die een groter rijbereik voor voertuigen en aanzienlijk lagere kosten zal bieden.
Toyota verwacht dat Europa tegen 2030 een van de grootste waterstof-brandstofcelmarkten zal zijn, met een gestage groei in toepassingen voor mobiliteit en energieopwekking. Daarom kondigde Toyota Motor Europe (TME) in december 2023 de Hydrogen Factory Europe aan. De Hydrogen Factory Europe staat voor Toyota’s gecoördineerde aanpak voor de commercialisering van de technologie, van ontwikkeling en productie tot verkoop en aftersales.
Het prototypeproject van de Hilux met waterstof-brandstofcel is een belangrijke stap om de waterstoftechnologie verder te ontwikkelen en een bredere uitrol van waterstof-ecosystemen en -infrastructuur in heel Europa te stimuleren.
Waterstof-elektrische Hilux
Gebaseerd op de legendarische Toyota Hilux, met zijn reputatie voor kwaliteit, robuustheid en betrouwbaarheid (QDR) op ’s werelds zwaarste terreinen, laat het waterstof-brandstofcelprototype van de Toyota Hilux zien hoe brandstofceltechnologie in een pick-up kan worden geïntegreerd.
Sinds de lancering in 1968 heeft de Hilux keer op keer zijn onoverwinnelijkheid bewezen. De auto bedwong de Noordpool, IJslandse vulkanen en het Antarctische continent en wist de legendarische Dakar Rally drie keer te winnen. De Hilux met waterstof-brandstofcel behoudt dat compromisloze DNA en kijkt tegelijkertijd naar een koolstofvrije toekomst.
Uiterlijk heeft de Hilux met brandstofcel dezelfde afmetingen en robuuste uitstraling als de nieuwste Hilux. Als Extra Cab is hij 5.325 mm lang, 1.855 mm breed en 1.810 mm hoog. Onder het bekende uiterlijk maakt Toyota’s waterstof-brandstofceltechnologie hem baanbrekend.
Kernelementen van de Toyota Mirai
Het vermogen wordt geleverd met behulp van kernelementen van de Toyota Mirai – technologie die zijn kwaliteit heeft bewezen in bijna een decennium van commerciële productie sinds Toyota ’s werelds eerste in massa-geproduceerde waterstof-elektrische sedan introduceerde in 2015.
De Hilux met brandstofcel heeft een verwachte actieradius tot 600 km – verder dan mogelijk is met een batterij-elektrisch systeem. Waterstof wordt opgeslagen in drie hogedrukbrandstoftanks, die elk 2,6 kg bevatten voor een totale systeemcapaciteit van 7,8 kg. De tanks zijn gemonteerd in het ladderchassis.
De brandstofcel-stack 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 pk) en een maximumkoppel van 300 Nm levert. Tijdens het rijden produceert de brandstofcel geen uitlaatgassen, alleen zuiver water.
Een hybride lithium-ionbatterij, die de elektriciteit opslaat die de brandstofcel aan boord produceert, bevindt zich in de bagageruimte achterin, boven de waterstoftanks. Hierdoor is er geen ruimteverlies in de cabine.
Overzicht van het project
Wat begon als een haalbaarheidsstudie in het begin van 2022 om de voordelen van waterstof in dit segment aan te tonen met een prototypevoertuig, is in snel tempo naar de eindfase gegroeid.
De haalbaarheidsstudie, uitgevoerd door TMUK en TME, kwam vervolgens in aanmerking voor financiering door de Britse regering via het Advanced Propulsion Centre, een non-profitorganisatie die de ontwikkeling van schonere technologieën en nieuwe mobiliteitsconcepten ondersteunt.
Een intensief ontwerp- en ontwikkelingsprogramma liep van juli 2022 tot januari 2023, samen met consortiumpartners Ricardo, ETL, D2H Advanced Technologies, Thatcham Research en met extra steun van Toyota Motor Corporation.
De productie van onderdelen, inclusief het lassen van het chassisframe, vond plaats tussen februari en mei 2023, voorafgaand aan de bouw van het prototype volgens de principes van het Toyota Productiesysteem in een speciale ruimte binnen de TMUK-faciliteit. Ricardo ondersteunde de voorbereidingen voor de bouw van het prototype, voerde ontwerp- en ontwikkelingstaken uit en bevestigde het volledige fabricageproces parallel met de teams bij TMUK.
De prototypebouw vond plaats tussen juni en juli 2023 en het eerste voertuig werd in slechts drie weken voltooid. Nog eens negen prototypes werden geassembleerd voor een grondige evaluatiefase van juli tot december vorig jaar, inclusief tests op de testbank en op het circuit.
Deze tien prototypes worden nu in de praktijk getest, waarmee de laatste fase van dit onderzoeks- en demonstratieproject voor de Hilux met waterstof-brandstofcel wordt afgesloten.
Waterstofoplossingen
Sinds het begin van de ontwikkeling van waterstof-brandstofcellen in 1992 heeft Toyota zijn kennis van de technologie uitgebreid en de toepassing ervan in een groot aantal verschillende mobiliteitstoepassingen aangemoedigd, met momenteel meer dan 20 waterstofpartnerschappen in Europa.
Hiertoe behoort een vijf jaar durende proef met VDL-trucks op waterstof om de logistieke activiteiten van Toyota koolstofvrij te maken en de verdere ontwikkeling van duurzame waterstofinfrastructuur in heel Europa te stimuleren.
Sinds juli 2021 combineert Toyota brandstofcelbussen met zijn CaetanoBus-partner, terwijl het Franse GCK, een bedrijf dat zich bezighoudt met schone mobiliteit, de brandstofcelmodules van Toyota gebruikt om tien dieselbussen om te bouwen tot zero emission voertuigen en het vervoer te verzorgen van meer dan 5.000 bezoekers tijdens de Olympische en Paralympische Spelen in Parijs 2024.
Een samenwerking met Corvus in Noorwegen heeft geleid tot een van de veiligste en meest geavanceerde brandstofcelsystemen voor de scheepvaart. Verder heeft Toyota nauw samengewerkt met Energy Observer om de eerste door waterstof aangedreven boot zonder uitstoot te maken die zelfvoorzienend is in energie. De brandstofcellen van Toyota worden ook gebruikt voor niet-mobiele toepassingen, zoals de modulaire brandstofcellen die de basis vormen van de GEH2-generatoren van Toyota-partner EODev. In mei 2021 verlichtten deze generatoren de Eifeltoren in Parijs met groen, duurzaam licht.
Toyota’s ontwikkeling van breed toepasbare waterstofbrandstofcellen
Voortbouwend op zijn uitgebreide ervaring ontwikkelt Toyota zijn volgende generatie waterstofbrandstofcellen, die naar verwachting toonaangevende prestaties zullen leveren door langere levenscycli en lagere kosten.
Toyota is de technologie sinds 1992 blijven verfijnen en in 2015 werd de Mirai ’s werelds eerste in massa-geproduceerde waterstof-elektrische sedan, met gebruik van Toyota’s waterstof-brandstofcellen van de eerste generatie. Vijf jaar later introduceerde een nieuwe Mirai de tweede generatie brandstofcellen, waardoor het rijbereik met 30% werd vergroot tot ongeveer 650 km.
Om het potentieel van waterstof uit te breiden tot andere toepassingen dan auto’s, heeft Toyota zijn brandstofcellen opnieuw verpakt in een compacte modulaire vorm. De hoofdcomponenten – de brandstofcelstack en componenten die zorgen voor de luchttoevoer, waterstoftoevoer, koeling en vermogensregeling – zijn geïntegreerd in een compacte vorm die gemakkelijk kan worden aangepast in een verscheidenheid aan producten en toepassingen. De modules zijn verkrijgbaar in verschillende formaten, waaronder een plat, rechthoekig formaat voor meer flexibiliteit en eenvoudiger aanpassing aan nieuwe toepassingen.
Deze brandstofcelmodules worden lokaal in Europa geassembleerd, in het R&D-centrum van TME in België, waar een assemblagelijn staat die geavanceerde technologieën combineert met hoogwaardige assemblage. De Hydrogen Factory Europe zal een toenemend aantal brandstofcelsystemen produceren en is nauw verbonden met Toyota’s andere waterstofactiviteiten om wereldwijd bereik en service te realiseren.
Derde generatie brandstofceltechnologie
Een belangrijk element van Toyota’s plan voor een uitbreiding van het gebruik van waterstof is de nieuwe brandstofceltechnologie van de derde generatie die momenteel wordt ontwikkeld en waarvan de verkoop is gepland voor 2026-27. Deze eenheden zullen een hogere energiedichtheid leveren en een gunstiger brandstofverbruik hebben. Deze eenheden zullen een hogere vermogensdichtheid en een verwachte 20% grotere actieradius leveren. Technische vooruitgang en grotere productievolumes kunnen helpen om de kosten met meer dan een derde te verlagen.
Verder onderzoek kijkt ook naar het potentieel van schaalbare brandstofcelstacks met verschillende vermogens en het ontwerp van brandstoftanks met complexe vormen, die compatibel zijn met voertuigen van verschillende grootte.
Over de leden van het consortium
Toyota Motor Manufacturing UK (TMUK) produceert Corolla Hatchback-, Touring Sports- en Commercial-modellen in het productiecentrum in Burnaston, Derbyshire, en hybride motoren in de fabriek in Deeside, Noord-Wales. TMUK startte de productie in 1992 als Toyota’s eerste eigen productiebedrijf in Europa en werd de eerste locatie van het bedrijf voor de productie van hybride voertuigen buiten Japan. Tot op heden heeft Toyota meer dan 2,75 miljard pond geïnvesteerd in haar productieactiviteiten in het Verenigd Koninkrijk; TMUK heeft momenteel meer dan 3.000 mensen in dienst en ondersteunt nog veel meer banen in haar uitgebreide Britse leveranciersnetwerk.
Ricardo is een wereldwijd strategisch ingenieurs- en milieuadviesbureau gespecialiseerd in de sectoren transport, energie en schaarse grondstoffen. Ricardo heeft de technische integratie van de brandstofcelcomponenten in het chassis van de Hilux ondersteund.
ETL (European Thermodynamics) is toegewijd aan het leveren van thermische oplossingen met een hoge integriteit door uitmuntendheid in ontwerp en innovatie. ETL heeft omkeerbare en multiventilatoropstellingen bestudeerd.
D2H Advanced Technologies levert hoogtechnologische ingenieursdiensten op het gebied van simulatie, modellering, aerodynamica, thermodynamica en ontwerp voor de motorsport en andere high-performance industrieën. D2H heeft een CFD-analyse uitgevoerd om aan te geven waar verbeteringen mogelijk zijn.
Thatcham Research, het bedrijf dat informatie over risico’s in de auto-industrie verzamelt en zich richt op het begrijpen van de kansen en risico’s van nieuwe voertuigtechnologie, heeft het project ondersteund door advies te geven over duurzame reparaties en het voorbereiden van waterstoftrainingen voor de reparatiemarkt.