Najnowsze dzieje hybryd. Właśnie opanowują świat [MOTO 2030]

Ostatnie lata w motoryzacji mijają pod znakiem samochodów hybrydowych i wszystko wskazuje na to, że do końca dekady takie napędy opanują cały świat. Dopiero później dadzą realną szansę autom elektrycznym i wodorowym. Jak i kiedy zaczął się ten triumfalny pochód hybryd?

MOTO 2030 to copiątkowy cykl Gazeta.pl, w którym poruszamy najważniejsze tematy dotyczące przyszłości motoryzacji, transportu i technologii. Nie zabraknie tu także ciekawych historii konstruktorów oraz opisu dziejów firm, których przeszłość ma wpływ na to, jak będzie wyglądała motoryzacja przyszłości. Samochody, drogi i miasta na naszych oczach bardzo dynamicznie się zmieniają. Co piątek dziennikarze Moto.pl będą o tych zmianach pisać. Tutaj znajdują się wszystkie artykuły z cyklu MOTO 2030.

Wiemy, że napędy hybrydowe pojawiły się na samym początku historii motoryzacji, praktycznie rodziły razem z nią. Już w 1900 roku młody inżynier Ferdynand Porsche zaprojektował i stworzył samochód Lohner-Porsche, który miał silniki elektryczne przy każdym kole. Energię elektryczną produkował silnik spalinowy na pokładzie, który ładował akumulatory.

Zobacz wideo

Była to typowa hybryda szeregowa, rozwiązanie które święci triumfy po ponad stu latach. Ale najnowszy rozdział w historii napędów hybrydowych rozpoczął się całkiem niedawno, raptem trzy dekady temu. Wcześniej rozwiązania elektryczne i hybrydowe zostały wyparte przez tanie, wygodne w eksploatacji i łatwe do produkcji masowej silniki spalinowe.

Świat (zwłaszcza Nowy Świat) zakochał się w spalinach i dopiero w latach 60. XX wieku ludzie zaczęli zwracać uwagę na problem zanieczyszczonego powietrza. Jedną z takich osób był C. Russell Feldman, twórca firmy Motorola. Razem z przedsiębiorcą i inżynierem Victorem Woukiem w 1962 roku wspólnie rozpoczęli projekt, którego celem było opracowanie ekologicznego samochodu.

Projekt samochodu Petro-Electric MotorsProjekt samochodu Petro-Electric Motors fot. Petro-Electric Motors (wniosek patentowy)

Samochód Petro-Eletric Motors powstawał w garażu jednego z założycieli firmy

Po wykonaniu serii obliczeń szybko doszli do wniosku, że aktualna technika nie pozwala na opracowanie wydajnego auta elektrycznego o wystarczających osiągach: prędkości i zasięgu. Zaczęli szukać innego rozwiązania i wtedy przypomnieli sobie o napędach hybrydowych. W następnych latach dr Wouk razem ze swoim kolegą Charlesem L. Rosenem założyli firmę Petro-Electric Motors.

Wspólnie tworzyli prototypy samochodów z napędem hybrydowym na bazie Buicka Skylarka z przełomu lat 60. i 70. Pracowali w garażu Rosena umieszczając w pojemnym bagażniku Skylarka osiem ciężkich akumulatorów kwasowo-ołowiowych. W komorze silnika zamontowali... silniki. Jeden spalinowy silnik Wankla z wirującym tłokiem, drugi elektryczny.

Ich wspólny moment obrotowy był całkowicie mechanicznie przekazywany na koła tylnej osi. Swój projekt zgłosili do amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA), która również zaczęła zwracać uwagę na zanieczyszczenia emitowane przez samochody i uruchomiła specjalny program dotacji przyznawanych producentom "czystych samochodów".

Ten sam Victor Wouk wpadł na pomysł hybrydy typu plug-in. Opisał go w dzienniku "The New York Times" w 1974 roku. Już wtedy marzył o samochodzie z niedużym akumulatorem, który można ładować regularnie w domu i jeździć nim na odległość 10 mil. Tylko, że wówczas łatwiej było opisać takie rozwiązanie, niż wprowadzić je w życie.

Na wzrost zainteresowania alternatywnymi rozwiązaniami napędu na początku lat 70. miał wpływ szalejący w Ameryce kryzys paliwowy. Benzyna przestała być tania, a samochody spalinowe takie szybkie jak wcześniej.

Jednak rozwijanie prototypów szło jak po grudzie i zajmowało całe lata, aż wreszcie firmie Petro-Electric Motors skończyły się pieniądze i dotacje EPA. Jeśli nie brać pod uwagę eksperymentów kilku europejskich producentów w latach 80. (głównie Fiata i Audi), można uznać, że świat zapomniał o hybrydach na kolejne ćwierć wieku. Ameryka na pewno.

General Motors PreceptGeneral Motors Precept fot. GM

Lata 90. to powrót tematu hybryd i... brzydkich prototypów

Dopiero w czasach administracji prezydenta Billa Clintona w 1993 roku pomiędzy rządem i amerykańską Wielką Trójką (Chrysler, GM, Ford) zawiązało się partnerstwo, którego celem było opracowanie samochodów nowej generacji (Partnership for a New Generation of Vehicles), ale nie urodziło żadnych rynkowych owoców.

Powstały różne projekty samochodów, z których żaden nie wyszedł poza fazę koncepcyjną. Wtedy narodził się pokraczny pojazd General Motors Precept oraz niewiele od niego ładniejsze: Dodge ESX (aż trzy wersje w latach 1996-2003) i Ford Prodigy. Wszystkie z wyjątkiem pierwszego ESX-a miały napędy hybrydowe oparte na silniku diesla. Oprócz brzydoty charakteryzował je niezwykle niski współczynnik oporu aerodynamicznego.

Ford Prodigy pojawił się na sprzedaż w domu aukcyjnym RM Sotheby's w 2010 roku. Oczekiwana cena transakcji miała wynieść 40-60 tys. dolarów. Pod maską był silnik wysokoprężny o poj. 1,2 l i mocy 74 KM z bezpośrednim wtryskiem paliwa połączony równolegle z elektrycznym motorem o mocy 47 KM.

Między innymi dzięki zastąpieniu lusterek bocznych kamerami udało się uzyskać współczynnik Cd=0,199. Makietę tego auta pozbawioną napędu (tzw. roller) można oglądać w muzeum klasycznej motoryzacji w Sarasocie.

W 2001 roku program został zlikwidowany przez prezydenta George'a W. Busha. Równolegle w ostatniej dekadzie XX wieku badania i rozwój napędów hybrydowych były prowadzone w Japonii. Całe szczęście, bo postęp techniczny ruszył dopiero, gdy do gry weszli inżynierowie z Kraju Kwitnącej Wiśni. Dzięki nim wszystko się zmieniło, obecnie obserwujemy efekty tej rewolucji.

Ford Prodigy HEVFord Prodigy HEV fot. Ford

Japońskie hybrydy. Prezes powiedział, inżynierowie zrobili

W 1994 roku wiceprezes Toyota Motor Corporation Akihiro Wada postawił przed specjalnym zespołem inżynierów nowe wyzwanie: zbudujcie samochód, który będzie zużywał połowę paliwa współczesnych z napędem spalinowym. Trzy lata później był gotowy Prius. Pierwszy seryjnie produkowany samochód z napędem hybrydowym.

Toyota udowodniła innym producentom, że można skonstruować oszczędny i bezawaryjny samochód hybrydowy, który w dodatku będzie przynosił dochody. Kiedy w 2000 roku zmodernizowany model Prius (NHW11) pojawił się w sprzedaży poza Japonią, a przede wszystkim zyskiwać popularność w USA, firmę zaczęli naśladować konkurenci.

Już wcześniej Toyotę gonił rywal z ojczystego rynku - Honda. Studyjny model J-VX tej marki był zaprezentowany na salonie motoryzacyjnym w Tokio w tym samym roku, w którym produkcyjny Prius trafił do sprzedaży. Na macierzystym rynku seryjnie produkowany model Insight (ZE1) znalazł się w listopadzie 1999 roku, a miesiąc później trafił do salonów Hondy w USA.

Insight był pierwszym samochodem hybrydowym dostępnym na tym rynku, całe siedem miesięcy przez zmodernizowanym Priusem. Jednak to model Toyoty odniósł światowy sukces i rozpędził rynek samochodów hybrydowych do obecnej prędkości. Honda była bardzo lekkim (850 kg), trzydrzwiowym i dwuosobowym samochodem, który wyglądał jak eksperyment. Dopiero w 2001 roku w Japonii i w 2002 r. w USA pojawiła się bardziej praktyczna Honda Civic Hybrid zbudowana na kompaktowym sedanie 7. generacji.

Prius miał znacznie bardziej uniwersalne od Insighta nadwozie, więc wygrał. I dobry hybrydowy napęd złożony z 45-konnego silnika elektrycznego oraz benzynowego o poj. 1,5 l i mocy 71 KM, pracującego w oszczędnym cyklu Atkinsona. Oba łączyła planetarną przekładnia rozdzielająca w różnych proporcjach momenty obrotowe obu silników. To koncepcja, którą Toyota szlifuje w swych samochodach do tej pory.

W USA zapanowała niesamowita moda na pierwszego Priusa. Hybrydowymi nieco pokracznie wyglądającymi Toyotami jeździło wiele gwiazd z Leonardo DiCaprio na czele. Ich lista jest naprawdę długa, Hollywood dosłownie oszalało na punkcie tego auta. A za fabryką snów cała Ameryka. W 2013 roku sprzedaż modeli wszystkich trzech generacji na całym świecie przekroczyła liczbę trzech milionów, a w kwietniu 2020 roku - 15 milionów sztuk. Niech żyje król.

Prototyp Toyoty Prius z 1996 rokuPrototyp Toyoty Prius z 1996 roku fot. Toyota

Inni producenci z trudem próbowali powtórzyć sukces rynkowy Toyoty

Dogonienie Japończyków zajęło reszcie świata dłuższą chwilę. Pierwszy amerykański produkowany seryjnie samochód hybrydowy, Ford Escape został zaprezentowany w 2005 r. i korzystał z rozwiązań koncernu... Toyota. Rok później w samochodach już nieistniejącej marki Saturn zaczęły pojawiać się mikrohybrydowe rozwiązania koncernu General Motors. Silnik elektryczny pełnił w nich rolę wyłącznie wspomagającą główną jednostkę spalinową.

Pierwszym prawdziwym seryjnie produkowanym samochodem hybrydowym koncernu GM był SUV Chevrolet Tahoe/GMC Yukon, który zadebiutował dopiero pod koniec 2007 roku. Tradycyjni nabywcy tego modelu musieli być bardzo zaskoczeni pojawiającą się innowacją. W 2009 roku do wyścigu dołączyli Koreańczycy prezentując na lokalnym rynku hybrydowego Hyundaia Elantra LPI Hybrid.

W tym samym czasie wreszcie pojawiła się pierwsza hybrydowa seryjnie produkowana konstrukcja "made in Europe". Auta prototypowe i studyjne były konstruowane w działach opracowania i rozwoju (R&D) wielu koncernów, ale żadne nie trafiło do produkcji seryjnej. Wreszcie w 2009 roku na salonie motoryzacyjnym w Chicago zadebiutował Mercedes S400 Blue Hybrid (W221). Został zaprezentowany w Ameryce, bo europejscy klienci wówczas jeszcze nie bardzo myśleli o takich samochodach.

Tylko, że tak naprawdę Mercedes był mikrohybrydą z bardzo skromnym udziałem silnika elektrycznego o mocy zaledwie 20 KM. Warto o nim wspomnieć głównie dlatego, że w tym modelu po raz pierwszy zastosowano akumulator litowo-jonowy nowej generacji. Takie rozwiązania dominują we współczesnych samochodach hybrydowych oraz elektrycznych. Wtedy były zbyt drogie dla mniej szlachetnych samochodów.

Renault Kangoo Elect'roadRenault Kangoo Elect'road fot. Renault

Pierwszy plug-in na świecie to dostawczak. Pierwszy osobowy powstał w Chinach

Pod koniec poprzedniej dekady jak grzyby po deszczu na rynku pojawiały się kolejne modele samochodów hybrydowych kategorii plug-in, czyli z możliwością ładowania akumulatorów zewnętrznym źródłem. Od 2008 roku plany wprowadzenia do oferty takich aut ogłaszali zarówno wielcy producenci (Toyota, Chevrolet), jak i mikrofirmy (np. Fisker Karma). Wygląda na to, że pierwszą hybrydą plug-in dostępną w sprzedaży był... europejski dostawczak. Już w 2003 roku w ofercie Renault w ograniczonej do 500 egzemplarzy liczbie pojawił się model Elect'road, hybrydowa wersja modelu Kangoo.

Renault zastosowało rozwiązanie szeregowe, w którym silnik nie napędza bezpośrednio kół, tylko ładuje akumulatory, tzw. range extender. Rolę generatora pełnił w nim włoski spalinowy silnik Lombardini o poj. zaledwie pól litra oraz mocy 21 KM. Niklowo-kadmowe akumulatory ważyły 312 kg, a ich ewentualna wymiana kosztowała siedem tysięcy euro. Realny zasięg tego auta wynosił około 150 km.

Pierwszym naprawdę seryjnie produkowanym osobowym samochodem z napędem hybrydowym plug-in był model firmy, o której wówczas prawie nikt nie słyszał. W 2008 roku chiński koncern BYD wprowadził do sprzedaży model o mało chwytliwej nazwie F3DM. Początkowo był dostępny tylko dla jednostek administracji publicznej i cieszył niewielkim zainteresowaniem. W ciągu pierwszych ośmiu miesięcy F3DM znalazł mniej niż 100 nabywców.

W 2010 roku trafił do nielimitowanej sprzedaży, ale nigdy nie stał się hitem. Przez cały rok BYD sprzedał tylko 417 egzemplarzy, a w 2012 roku został z niej wycofany. Ale był pierwszy. Od 2009 roku na rynku zaczęły debiutować seryjnie produkowane modele bardziej znanych marek, m.in. Chevrolet Volt i Toyota Prius Plug-in. Po nich pojawiły się kolejne. Rynek samochodów hybrydowych z gniazdkiem zaczynał się rozkręcać.

BYD F3DMBYD F3DM fot. BYD

Pierwszym europejskim plug-inem był japoński samochód

To zabawne, ale pierwszym osobowym autem tej kategorii wytwarzanym w Europie stała się... Toyota Auris HSD. Samochód był produkowany w Wielkiej Brytanii w fabryce w Burnaston od połowy 2010 roku. Później rynek ruszył jak burza, przynajmniej jeśli chodzi o liczbę dostępnych modeli. Druga dekada XXI wieku obfitowała w nowe rozwiązania.

Pojawiały się kolejne hybrydy różnego rodzaju: mikro, szeregowe, równoległe, plug-in, bezobsługowe, z silnikami benzynowymi i wysokoprężnymi, dużych i małych firm. Z przyzwoitości trzeba wspomnieć o modelach: Mitsubishi Outlander PHEV, Volkswagen XL1, Opel Ampera i Volvo V60 (pierwszy plug-in z dieslem). One również pisały historię hybryd, ale tak naprawdę tworzy się dopiero teraz. Dekada, która właśnie się rozpoczęła jest czasem samochodów hybrydowych.

To one zdominują rynek do 2030 roku i uzyskają w nim największy udział. Samochody elektryczne będą je doganiać, ale wbrew temu co obiecują kolejne firmy, bardzo trudno im będzie to zrobić przed 2030 rokiem. Znaczący udział w rynku samochodów osobowych z napędem wodorowym to jeszcze dalsza przyszłość. Dlatego lata 2020-2030 zostaną zapamiętane jako era samochodów hybrydowych.

Honda InsightHonda Insight fot. Honda