Toyota ดัดแปลงเครื่องยนต์เบนซินอย่างไรถึงรองรับเชื้อเพลิงไฮโดรเจนได้

การใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนในเครื่องยนต์สันดาปกำลังถูกผลักดันอย่างไม่หยุดยั้งจากค่ายรถยักษ์ใหญ่อย่าง Toyota (โตโยต้า) ที่เชื่อมั่นว่าระบบขับเคลื่อนที่หลากหลายคือโซลูชั่นที่ดีที่สุดในอนาคต

เชื้อเพลิงไฮโดรเจนได้รับการยอมรับว่ามีคุณสมบัติที่เหมาะสมกับการใช้งานกับรถบรรทุกในอุตสาหกรรมการขนส่งสินค้า รวมถึงการใช้งานกับยานอวกาศ แต่สำหรับรถยนต์นั่ง เชื้อเพลิงประเภทนี้ยังต้องเผชิญกับอุปสรรคความท้าทายมากมายที่ต้องแก้ไข

เมื่อค่ายรถต้องหาหนทางในการลดมลพิษและความประหยัดเชื้อเพลิง ส่วนใหญ่เลือกหันไปหารถยนต์ไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ 100% แต่ทำไม Toyota จึงยังเชื่อมั่นในไฮโดรเจนและพวกเขาดัดแปลงเครื่องยนต์ให้รองรับเชื้อเพลิงดังกล่าวได้อย่างไร

ไฮโดรเจนมีคุณสมบัติอะไรบ้าง

ก่อนหน้านี้ Toyota พยายามส่งเสริมการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้าพลังไฮโดรเจนฟิวเซลอย่าง Mirai (อ่านว่า “มิไร” ซึ่งเป็นภาษาญี่ปุ่นแปลว่า “อนาคต”) แต่ในระยะหลัง ค่ายรถยักษ์ใหญ่จากแดนอาทิตย์อุทัยมุ่งเน้นพัฒนาเครื่องยนต์สันดาปที่รองรับเชื้อเพลิงไฮโดรเจนได้แทน

รถยนต์ไฟฟ้าอาจให้สมรรถนะที่ดีเยี่ยมจากการมอบแรงบิดแบบ instant หรือทันทีทันใด แต่ก็ยังขาด “เสียงเครื่องยนต์” ที่สร้างความเร้าใจได้อย่างสมบูรณ์แบบ นั่นทำให้ Toyota พยายามหาความสมดุลระหว่างสมรรถนะ ความเร้าใจ และความเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

ค่ายรถยักษ์ใหญ่จากญี่ปุ่นมองว่าเครื่องยนต์สันดาปที่รองรับเชื้อเพลิงไฮโดรเจนคือโซลูชั่นใหม่ที่ตอบสนองการขับขี่ได้ดีและยังปล่อยมลพิษต่ำ

Toyota จับมือกับ Yamaha ในการพัฒนาเครื่องยนต์สันดาปเชื้อเพลิงไฮโดรเจน บล็อกวี8 ขนาด 5.0 ลิตร พละกำลัง มีพละกำลังเกือบ 450 แรงม้า แรงบิด 540 นิวตันเมตร ซึ่งเป็นการพัฒนาต่อยอดจากเครื่องยนต์รหัส 2UR-GSE ที่ใช้อยู่ใน Lexus RC F

ไส้ในของเครื่องยนต์ถูกปรับเปลี่ยนหลายส่วน อย่างท่อร่วมไอดีและหัวฉีด รวมถึงฝาสูบเพื่อรองรับเชื้อเพลิงไฮโดรเจน ขณะที่การจัดวางท่อไอเสียแบบ 8 – 1 ก็ถูกออกแบบมาเพื่อให้มีสุ้มเสียงคำรามกระหึ่มไพเราะเสนาะโสต

เครื่องยนต์สันดาปเชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีการทำงานเหมือนเครื่องยนต์เบนซินทั่วไป วงจรการเผาไหม้แบบ 74 จังหวะ มีระบบหัวฉีดตรงไดเรคอินเจคชั่นและการจุดระเบิดของหัวเทียน แต่กระนั้น Toyota ก็ยืนยันว่าการพัฒนาจริงไม่ใช่เรื่องง่ายดายนัก

Toyota เคยทดลองพัฒนาเครื่องยนต์สันดาปที่รองรับเชื้อเพลิงเบนซินผสมไฮโดรเจนสัดส่วน 50:50 เพื่อให้มีการจุดระเบิดได้ตามจังหวะที่ต้องการ ก่อนที่จะต่อยอดไปสู่เครื่องยนต์ที่รองรับไฮโดรเจนล้วน ๆ ได้เมื่อไม่นานมานี้

จุดเด่นของเครื่องยนต์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนคือการมีมลพิษต่ำมาก แต่ไม่ใช่ว่าไม่มีเลย เพราะยังมีการหล่อลื่น มีกระบวนการเผาไหม้เล็กน้อย ทำให้มีการปล่อยมลพิษคาร์บอนอยู่ แต่น้อยนิดเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เบนซินหรือดีเซลดั้งเดิม

อีกหนึ่งประโยชน์ของการพัฒนารถเครื่องยนต์ไฮโดรเจนก็คือต้นทุนที่ต่ำกว่ามากเมื่อเทียบกับการพัฒนารถไฮโดรเจนฟิวเซลอย่าง Toyota Mirai หรือ Hyundai Nexo

แต่จุดด้อยของเครื่องยนต์ไฮโดรเจนก็คือการประสิทธิภาพด้านการใช้งานแบบครบวงจร (well-to-wheel efficiency) เนื่องจากต้องใช้ขั้นตอนการเก็บเชื้อเพลิงที่ซับซ้อน ทำให้รถเครื่องยนต์ไฮโดรเจนมีประสิทธิภาพดังกล่าวอยู่ที่เพียง 30 – 35% เท่านั้น น้อยกว่ารถยนต์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ซึ่งอยู่ที่ 75 – 85%

อย่างไรก็ตาม Toyota และ Yamaha ไม่ได้พัฒนาเครื่องยนต์ไฮโดรเจนขึ้นมาเพื่อชูจุดเด่นด้านประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงเป็นหลัก พวกเขาต้องการแสดงให้เห็นว่าเครื่องยนต์สันดาปยังไม่ตายง่าย ๆ ท่ามกลางการเปลี่ยนผ่านของอุตสาหกรรม อีกทั้งยังมีศักยภาพในการลดมลพิษและมอบความเร้าใจในการขับขี่ไปพร้อมกันได้อีกด้วย