Över världens alla hav med bränsleceller från Toyota

Toyotas engagemang för nollutsläpp kommer bland annat till uttryck i satsningarna på vätgas och bränslecellsteknik.

I katamaranen Energy Observer finns Toyotas bränsleceller och det är världens första fartyg som kan producera sin egen vätgas.

Vad är en upptäcktsresa? En gång i tiden handlade det om att hitta nya kontinenter och länder. Men en upptäcktsresa på 2020-talet kan ha helt andra mål.

Under sju år ska Energy Observer besöka 50 länder med totalt 101 landstigningar. Och forskningen bedrivs varje minut av resan. Energy Observer är nämligen ett flytande laboratorium för att utvärdera utsläppsfria energikällor. Bland annat är det världens första fartyg som kan producera sin egen vätgas ombord från havsvatten. Flera tekniker samverkar och att testa dessa under extrema förhållanden är själva utgångspunkten.

Båten började sitt liv som tävlingskatamaran 1983 och de drygt 30 meter långa, dubbla skroven vittnar om historien. För övrigt är inte mycket sig likt sedan fransmannen Victorien Erussard tog sig an katamaranen och den fick sitt nya namn 2017.

Victorien Erussard, född 1979, har en bakgrund både i handelsflottan och som kappseglare. Numera är han hängiven en helt annan och mycket större uppgift. Som initiativtagare till projektet och kapten för Energy Observer vill han sprida kunskap om ny miljöteknik – och själv få ny kunskap varje gång båten lägger till i en hamn.

Det övergripande målet kan kokas ned till en enkel mening: att övertyga allmänhet, beslutsfattare och näringsliv att en ekologisk omställning är möjlig.

Därför är Energy Observer klädd i solpaneler, därför har den två segel av typen Oceanwings®, därför kan den producera sin egen vätgas och därför har den bränsleceller som är konstruerade och tillverkade av Toyota. De är baserade på bränslecellerna som används i Toyota Mirai, bränslecellsbilen som nyligen presenterades i sin andra generation.

Det är förenklat dessa tekniker som gör att Energy Observer kan ta sig över världshaven utan att bidra med vare sig växthusgaser eller partiklar. Resan inleddes 2017 i Frankrike och 2018 besöktes olika platser runt Medelhavet.

2019 gick färden till norra Europa, där Victorien Erussard och hans besättning bland annat landsteg i Stockholm under några dagar. 2020 är målet USA:s västkust. Resan över Atlanten, från Saint Malo på franska nordkusten via Portugal, Kanarieöarna och Kap Verde till Martinique i Karibien, omfattade drygt 9 000 kilometer (5 000 nautiska mil).

Vid normal segling är det vindkraft eller solcellsdrivna elmotorer som direktdriver båten. Solcellerna är den primära energikällan ombord och de är av två typer: dels en som är böjlig och formbar så att maximal yta av båtens komplexa former kan täckas, dels dubbelsidiga som både släpper igenom ljus och kan ta till vara det ljus som reflekteras av däckets vita ytor.

De böjliga panelerna är dessutom mycket lätta. För att producera 300 watt krävs normalt solceller som väger 20 kg, men dessa väger bara 4 kg. Dessutom är vissa av dem halkfria, så att besättningen ska kunna röra sig säkert på däcket.

Seglen kallas Oceanwings® och är inspirerade av de fasta segel av vingtyp – ett slags stående flygplansvingar – som används i bland annat America’s Cup. Med Oceanwings® kan hastigheten ökas och energiåtgången minskas när vindkraften avlastar elmotorerna.

Seglen på Energy Observer är de största som Oceanwings® hittills gjort: 12 meter höga och med 31,5 kvadratmeters yta. De kan roteras 360 grader och tack vare Oceanwings® kan vätgas för första gången produceras även under färd. Tidigare var det bara möjligt när båten låg stilla.

Det sker genom att elmotorerna reverseras, det vill säga propellrarna får fart av vattnets kraft när vinden driver båten. Elmotorerna fungerar då som laddare för batterierna ombord och elen kan användas för att producera vätgas. Det blir ett viktigt tillskott när resan går till solfattiga mål.

Batterierna laddas normalt nattetid och det är även då ny vätgas till bränslecellerna produceras.

Det första steget i den processen är att avsalta havsvatten, vilket i sig kräver energi. 250 watt ger 90 liter dricksvatten av vilket 30 liter behandlas på nytt för att kunna användas i elektrolysen som framställer vätgas. En liter färskvatten blir 100 gram vätgas – som sedan förvandlas till vatten på nytt i bränslecellen när elektriciteten framställs.

På så vis blir Energy Observer självförsörjande, den elektricitet som behövs för att driva båten och dess utrustning tillverkas ombord. Inte en evighetsmaskin – men bra nära. Vätgasen har högt energiinnehåll, upp till tre gånger mer än diesel och 2,5 gånger mer än naturgas. Men medan naturgas kan lagras i vanliga tankar och pipelines måste vätgas förvaras under högt tryck.

Vätgastankarna ombord på Energy Observer är tillverkade av aluminium och kolfiber och har 350 bars tryck, vilket är detsamma som används i bränslecellsdrivna bussar. I Toyota Mirai används däremot hela 700 bars tryck. De åtta tankarna på båten kan lagra upp till 62 kg vätgas.

Från början var planen att montera de åtta vätgastankarna à 332 liter i skroven, men istället har de placerats på däcket. Där sitter de skyddade för vattenstänk men är samtidigt enkla att komma åt för service och underhåll. Det krävdes komplexa beräkningar för att få rätt viktfördelning på båten.

Att lagra energi i vätgas istället för i batterier har många fördelar. En är kapaciteten. För att lagra en kilowattimme (1 kWh) krävs ett batteri som väger 12,5 kg, medan samma mängd elektricitet i vätgas bara väger 1,7 kg. Vätgas ger 7,35 gånger mer energi ur samma vikt.

Låg vikt är ett mål både för fartyg och fordon. De 62 kg vätgas som kan lagras på Energy Observer motsvarar 230 liter bensin, för att ta en annan jämförelse. Batterierna i Energy Observer arbetar med 400 volt och rymmer 112 kWh, det vill säga två–tre gånger mer energi än många elbilar.

Under de två första åren användes bränsleceller av ett annat fabrikat, men de ersattes senare med målet att få kraftfullare, effektivare och pålitligare teknik.

Toyota Technical Center i Bryssel utgick från bränslecellerna som används i Toyota Mirai och vidareutvecklade dess för användning i en marin miljö. Det tog sju månader att konstruera, tillverka och installera bränslecellerna i Energy Observer.

Resan för Victorien Erussard och hans besättning är långtifrån över – varken 2020 års tripp till Nordamerika eller den stora rutten som omfattar nästan hela världen under sju år. Delmålen är att landstiga och upptäcka samt uppmärksamma teknik och lösningar som kan ge nycklar till framtidens energi- och miljölösningar.

När det gäller vätgas och bränslecellsteknik är målbilden solklar: att möjliggöra den tredje industriella revolutionen – den som utgår från förnyelsebara energikällor och vätgas.