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 前回、耐久レースという実験場で改良を続けるトヨタ自動車の水素エンジン車の進化を整理した。初参戦から1年間をかけて、水素エンジンの大きな課題である「プレイグニッション(早期着火、以下プレイグ)」を抑制する手段が見えてきた。

 今回は、市販化に向けて取り組むトヨタの現状に加えて、欧州での水素エンジン研究の最新動向にも触れる。孤軍奮闘にも見えるが、実は水素エンジンに本腰を入れるのはトヨタだけではないのだ。欧州勢も水素エンジンの研究開発を急いでおり、“本音”が漏れ始めた。

市販化への課題

 2022年6月3日、トヨタが水素エンジン車を市販化する意向を明かした。富士スピードウェイで開催された「スーパー耐久シリーズ2022」の決勝レースを前に会見を開き、同社執行役員でGAZOO Racing Company Presidentの佐藤恒治氏は「富士登山になぞらえると、4合目くらいのところに来ている」と説明した。

トヨタが水素エンジン車の市販化を表明
トヨタが水素エンジン車の市販化を表明
富士スピードウェイで開催された「スーパー耐久シリーズ2022」で会見を開き、同社執行役員でGAZOO Racing Company Presidentの佐藤恒治氏が開発状況を説明した。(写真:トヨタ自動車、撮影:三橋仁明/N-RAK PHOTO AGENCY)
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 富士山の頂上である10合目を市販化というゴールに見立てたトヨタの開発ロードマップ。その4合目は、水素エンジンの「排気開発」をしている段階という。

 水素エンジンは原理的に二酸化炭素(CO2)を排出しないが、窒素酸化物(NOx)をかなり排出してしまう。これが、市販化に向けての大きな課題の1つである。ディーゼル車と同じようにNOx後処理システムを搭載しなければならないだろう。

 トヨタは、いくつかの手法を検討しているようだ。例えば、排気系に尿素水を噴射してSCR(選択触媒還元)で還元するシステムや、酸素共存下でも水素によってNOxを還元できる触媒システムなどが考えられる。

 また、そもそも全域で空気過剰率(λ)が2以上の超希薄燃焼(スーパーリーンバーン)や、大量クールドEGR(排ガス再循環)コンセプトで燃焼温度を下げてエンジンからのNOx排出量自身を低減するといった技術も手法の1つだ。

 NOx対策以外の大きな課題としては、長期間の使用に伴うエンジンやシステムへの水素脆化(ぜいか)がある。水素はほとんどの材質を透過しやすく、長年をかけて水素によって材料がもろくなってしまう。トヨタは、燃料電池車(FCEV)の「MIRAI(ミライ)」で構築した技術や材料を採用するので問題ないと公表している。ただ、コストには影響するだろう。

液体水素は難易度高い

 加えて、筆者が水素エンジンの市販化における重要な分岐点と考えているのが、トヨタが6合目に設定した「タンクの小型化」だ。水素タンクの小型化や航続距離の延長を狙って液体水素システムの搭載を考えているのであれば、市販化は決して容易ではないだろう。

液体水素システムを搭載した「水素エンジンカローラ」
液体水素システムを搭載した「水素エンジンカローラ」
後部座席と荷室のスペースに液体水素タンクなどを搭載した。(写真:日経クロステック)
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 今回の耐久レースの会場で、トヨタは液体水素システムを搭載した試作車を披露した。「現状の水素ガスシステムよりも体積エネルギー密度が約2倍と高いため、航続距離も2倍に延長できる」(トヨタの開発担当者)と主張する。つまり同じ航続距離にするなら、液体水素を蓄えるタンクの容量は半分で済む。だが、話はそんなに簡単ではない。