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• 制造：利用废水制造氢的福冈市
• 运输：使用搭载高压储氢罐的MIRAI实现效率化
• 使用：实现了提高两成马力、三成扭矩、油耗不变的进化
• 经历了半年的挑战，工程师们的感受
11月13日与14日，超级耐力赛的最后一场比赛在位于日本美作市的冈山国际赛道圆满结束。在前篇中，我们聚焦了志同道合的伙伴们，快马加鞭为下一赛季紧张准备的情况。
本篇中，我们将对这一赛季做出总结，从制造、运输、使用的视角出发，分析这半年的进化成果。
本赛季丰田与多家厂商建立了氢燃料供需关系。其中包括利用地热发电制氢的大林组，以及利用太阳能发电制氢的丰田汽车九州，和位于福岛县浪江町的福岛氢能研究场(FH2R)。另外，还选用了福冈市利用废水处理生物制氢的全新技术。
福冈市很早就着眼于探究更多氢能开发的可能性，2004年在日本率先成立了产学官联合组织，成为了“福冈氢能源战略会议”成员，提前着手相关开发研究。2014年，该市又启动了“推广氢能模范市项目”，为实现氢能社会，在日本率先展开了多次实证试验。
从2015年3月开始，他们挑战了全球首例通过废水处理厂，利用来自市民的生活废水造氢项目，并建设加氢站为氢燃料电池车（FCEV）提供供给。
上图为设置于福冈市中水处理中心的氢能制造设备
废水处理生物制氢技术是指，将处理废水时产生的发酵气体（包含60%的甲烷CH4和40%的CO2），通过膜分离装置过滤获取甲烷，再将其与水蒸气（H2O）发生反应，从而获得氢。而剩余的CO2则可以进行液化处理，用于蔬菜温室栽培。
另外，由于每天都会产生废水，所以可实现稳定造氢。如果有效利用日本全国的废水处理厂，用其产生的甲烷造氢，那么将可实现能源地产地销。
通过废水处理生物制氢的方式，一天工作12小时，可获得约3300Nm3左右，相当于大约60辆MIRAI的运输量。这次为预赛所准备的氢燃料，其中两成来自于福冈市。
福冈市经济观光文化局创业与布局推进部的富田雅志部长，意气风发地说道：“福冈市从十年前就开始致力于开发氢能，希望寻求与更多志同道合的伙伴建立合作关系，最近一两年来，社会越来越重视氢能的利用，相信通过这次比赛，随着朋友圈的扩大，今后一定能够促进产学官合作，共同为实现碳中和社会而继续努力。这也是我们一直以来的目标。
本次为比赛提供的氢能，在运输环节也考虑到了碳中和，特意选用了Euglena公司制造的以生物燃料为动力的汽车，从各个生产地运送到冈山。
另外，由于之前在三重县铃鹿赛车场的比赛中，丰田与Commercial Japan Partnersip Technologies（CJPT）合作，使用氢燃料电池轻卡时，为运送15kg重的氢燃料，仅行驶100km就要耗费7kg氢燃料，效率十分低下。
造成这种结果的原因有两点，首先是运输用的金属储氢罐较重，轻卡能够装载的数量十分有限。另一点则是受限于储氢罐的容器最大允许工作压力，每个存储罐的填充量受到了限制。
为解决这些问题，现在正在进行改善工作。决定改用经过MIRAI多年技术积累，既能满足轻量化目的，又能实现提高允许工作压力的树脂内衬CFRP（碳纤维强化塑料）材质储氢罐。
若使用传统金属制储氢罐，放满一个货架重量将达到1.7t，而轻卡的载重量为3t，所以一次甚至不能同时装载两个货架。
而使用新研发的树脂内衬CFRP储氢罐，每个货架重量为1.35t。即便是同时装载两个货架，重量也仅有2.7t，完全可以轻松放入宽幅1.7~2m的卡车中。
上图为停在赛道活动广场上，正在展示树脂内衬CFRP储氢罐的货架
此外，金属储氢罐的最大允许工作压力仅有15MPa，而新材质储氢罐的最大允许压达到了70MPa。
这样一来，一次运输的氢燃料容量便达到了过去的5.5倍，超过了80kg。大大提高了运输效率。
另外。CJPT的中嶋裕树社长，还针对未来课题而提出了建议：“虽然CFRP材质的储氢罐成本较高，但随着今后氢燃料使用范围逐渐扩大，当普及到商用车等领域时，我们可以将储氢罐的尺寸规格化，就像现在大家使用的电池一样，有着固定的型号。这样一来，使用者越多，价格自然也会下降。”
氢燃料发动机汽车研发团队，身处赛车运动严苛环境中，在短短三场比赛期间，实现了氢燃料发动机的迅敏研发。
GR项目推进部的高桥智也部长表示：“我们主要改善了发动机的燃烧方式，细微调整了氢燃料喷射方法，使发动机性能得到了提升。但一般情况提高动能后，油耗也会随之加大，不过从数据上看，现在的油耗与最初在富士国际赛车场时基本没有变化。从此也证明发动机确实得到了有效改善。”
自氢燃料发动机赛车在今年5月参加富士24小时耐力赛开始，至今已过去6个月。在这期间，发动机的马力提高了两成，扭矩提高了三成。如今，从性能方面来看，甚至已经超越了普通燃油车。
从另一方面看，原本鱼与熊掌不可兼得的油耗，却没有因发动机性能的提高而加大。假设将现在氢燃料发动机赛车的马力调整到富士赛时期的水平，相当于节省了20%的油耗。
而且，当初4分30秒的加氢时间，由于升压率的提高，现已缩短了六成，仅需1分50秒即可。
上图为正在加氢的氢燃料COROLLA。（摄影：三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY）
高桥部长表示：“储氢罐的压力一旦提高将会产生热量，我们会使用监测器确保其温度保持在安全范围内，这样一来便可以提高速度。”
另外，在对氢燃料发动机进行升级改造的同时，为了在比赛中取得更好的成绩，我们必须考虑减少赛车进入维修区的次数。
GR项目推进部首席工程师坂本尚之（CE），在谈话中吐露了研发团队的下一个目标。他表示：“我们现在正致力于延长续航距离。将车身轻量化处理，整体提升汽车性能。这也是为了迎合碳中和社会，为广大消费者扩大选择范围而进行的尝试。今后该项技术不仅能运用于氢燃料发动机车，在BEV车型中也通用。”
此外，坂本CE还向我们介绍，现在车队正在为今后的比赛不断改进升级。“其实现在的储氢罐形状体积效率并不高。今后如果储氢罐能够改善为可任意制定的形状，将会更有效率。今年为了能够赶上比赛日程，我们直接使用了MIRAI的储氢罐，明年我们还将会研究是否有更好的选择。”
上图为密切关注比赛进展的坂本CE。（中央左/摄影：三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY）
当GAZOO Racing Company的佐藤恒治总裁被记者问到氢燃料发动机赛车性能进化的相关问题时，他如下回答道。
现在车型的整体性能很稳定，车速也很快。在最初富士赛时，还只是被划分到最末级别的ST-5组（同组参赛车型有HONDA的FIT以及MAZDA的ROADSTER），但如今已经上升为ST-4组（同组参赛车型有TOYOTA的86）。
能在短短的半年之内，将一个新车型进化到可以参加ST-4组比赛的水平，完全要归功于赛车场上的历练。
另外，有些改善可能无法通过赛车的速度提升而被直白地看到。譬如，以前在预赛与正式比赛开始前，基本上需要彻夜工作，但如今由于车型已经不需要大量排错，也没有很多异常发生，因此这半年以来，从赛程操作上也有了很大改进。
现在终于可以说将这一车型吃透，真正达到了赛车的水平。
速度的提升可以通过数值体现，但其实还有很多发生在维修区的，在“工作方式”上的变化也不容忽视。研发团队的成员们也都有这种实感。
坂本CE说：“批量生产的研发工作往往都比较慎重，需要根据面临的问题去设定交期。但赛车运动期间的研发，交期必须设定为比赛间隙的一个半月内，因此很多工作方式都要随之改变。大家不断集思广益，团结一致，才能最终实现突飞猛进的进化。”
高桥部长也针对敏捷开发表示肯定：“汽车能够在这么短的时间内得到历练，半年内就完成了车型的整体提升，可以说是史无前例的事情。”
2022年的3月19日、20日，超级耐力赛将在铃鹿赛车场开赛。出色完成完美进化的氢燃料发动机车，下一赛季的表现也不容忽视。
上图为一起再2021年赛季中打拼的ROOKIE Racing成员们。（摄影：三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY）
