S耐富士24時間レースに水素エンジンを投入! ミライの水素社会実現の一助となるのか!?


 トヨタ自動車は、2021年5月21日から23日に開催される「スーパー耐久シリーズ 第3戦 富士 24時間レース」に、「水素エンジン」搭載車両を投入する。

 水素ステーションの広がりが遅く、トヨタ『新型MIRAI』が登場しても、爆発的に広がるという感じではないFCV。

 水素で電気を生み出すのではなく、水素を直接燃料として使用する水素エンジンを、レースに投入するトヨタの思惑とは何なのか? そしてラリーでFCVを使用している国沢氏だからこそ語れる、水素を使用した車両は安全なのか? これらについて今回は考察していきたい。

文/国沢光宏
写真/TOYOTA

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■モリゾウさんが試乗したら、レース参戦が決まったそうな……

 トヨタが、というよりレーシングドライバーとしてのモリゾウさんが、突如「水素エンジンでレースをやる」といったという。いろいろ取材してみると水素エンジンは、トヨタのエネルギー戦略に含まれていなかったようだ。

 GAZOO Racingカンパニーのプレジデントである佐藤恒治さんが水素エンジンの可能性に着目。その試作車を作りモリゾウさんに試乗してもらったら「これでレースに出よう!」となったらしい。

カローラスポーツにGRヤリスのエンジンをベースに水素エンジン化して搭載し、いきなり耐久レースに挑戦となったようだ。注目の水素タンクは後席のスペースに搭載

 佐藤さんもレースに出ることまで考えていなかったそうな。一方モリゾウさんは「全日本前向き協会」(笑)の会員だったらしい。直感だと思う。普通のクルマで開発するよりモータースポーツのほうが早いと判断。しかもモータースポーツで試せば、将来性あるかどうか明確にわかります。電気自動車と燃料電池車で競技に出た私としちゃ大賛成だ。

 一番驚いたのが燃料電池の開発チームだと思う。「水素を直接燃やすエンジンの将来性は極めて薄い」ということから開発をスタートしているからだ。

そもそも水素エンジンは燃料電池より古い。アメリカで決まった『ZEV規制』(排気ガスを出さないクルマを一定割合で販売せよ、という内容)を受け、マツダやBMWなど水素エンジンを考えた。

 水素を燃料電池で使うと排出するのは水だけ。水素エンジンも排出するのは水とNOxだけ。NOxについちゃ尿素やアンモニアで還元してやればよい。水素エンジンもカーボンフリーのZEVになるワケ。なぜ水素エンジンがダメだったのかといえば、当時の技術だとエンジンの熱効率悪く、しかも大量の水素を貯めておく技術がなかったからだ。

 考えて欲しい。BMWは燃費の悪い12気筒。マツダも熱効率の悪いロータリーエンジンをベースにしていた。いずれも熱効率でいえば20%台前半。ガソリンエンジンの燃費だと10km/Lを割るレベル。されど今や熱効率40%以上。ハイブリッドのパワーユニットとして使うことで30km/Lも見えている。こうなると燃料電池の効率と大差なし!

 水素の搭載だけれど、BMWは技術的に難しい液体水素を使い、マツダの圧縮水素も350気圧レベル。前述のとおりロータリーエンジンは熱効率が悪く(燃料電池の半分程度)。350気圧のタンクだと航続距離はMIRAIの5分の1がやっと。満充填で100kmくらいしか走れない計算だった。BMWやマツダの技術だと燃料電池のほうが圧倒的に効率がいい。

■トヨタも水素は燃料電池で使うつもりだったが気が変わった??

 ということで「水素は燃料電池で使う」になったのだけれど、今回モリゾウさんがレースで使う水素エンジンのスペック&実走行燃費を見て心底驚く! 予想をはるかに超える熱効率だったからだ。公開されたデータによれば、7.34kgの水素で富士スピードウェイを50km程度走れるそうな。言うまでもなくレーシングスピードである。

水素エンジン車とはいえエンジン内で燃料を燃焼させている訳であり、豪快なエキゾースト音を響かせながらコースを疾走!

 ラップタイムを見ると2分5秒くらいで走ってます。このタイムを出そうとしたら250psくらい必要。参考までに書いておくと、初代MIRAIで富士スピードウェイを全開走行したら、50kmで4kgくらいの水素を使う。何度もレースに出たから間違いなし。この数字だけ見たクルマやレースに詳しくない人だと燃料電池がいいと思っちゃう?

 まったく違います。MIRAIは150ps。ラップタイムだって2分18秒くらい。250psを出す燃料電池を作ったら、水素エンジンと同じくらいの水素消費量になってしまうだろう。水素を上手に燃焼させることで燃料電池と同じくらいの効率になる。だからこそ燃料電池の開発チームは驚いたし、強力なライバル登場だと実感したワケです。

 ちなみに水素ロータリーとの違いだけれど、直噴技術などによりエンジンの熱効率が2倍近く向上し、水素タンクの圧力も350気圧から2.3倍の800気圧になった点が決定的。少しクルマに詳しい人だと「水素エンジンなんか昔からある」と軽く言うが、一世代前の水素エンジンを江戸時代の飛脚だとすれば、もはや宅急便くらいの差があります。

水素エンジン自体の熱効率アップと共に、性能向上に一役買っているのが、後方に見える水素タンクだ。今回の水素エンジン車にはミライ用の水素タンクが4本搭載されている

 水素エンジン、早くもトヨタのカーボンフリー戦略の候補になっているようだ。2020年度の決算報告記者会見を見ていたら、長田執行役員が「電気自動車だけでなく、既存のクルマにeフューエルなどを使えるようにしていく方法もあるし、ディーゼルエンジンの代替パワーユニットとして水素エンジンだって可能性があります」と語っていた。

 長距離トラックの生涯航続距離は200万kmにもなる。燃料電池だと耐久性で厳しい。水素エンジンなら熟成したエンジン技術を使えるため、200万kmも問題なし。大型トラックなら液体水素を燃料として使う技術的なハードルも低くなる。水素エンジンは、確かにさまざまな可能性を持っているんじゃなかろうか。今後の熟成を見守りたいと思う。

水素の充填は移動型の水素ステーションを使用する。今回のレースでは充填時の安全性を考慮しパドック外の空きスペースに設置された

 追記しておくと、モータースポーツで使うとなれば安全性が大切になってくる。今回、水素タンクはすべてロールケージの内側に搭載しているなど配慮しているし、カーボンの一体構造になっている水素タンクそのものも圧倒的に強い。ガソリンタンクのほうがずっと壊れやすく、壊れた時の危険性だって大きいと思う。モータースポーツに使ってもまったく問題なしだ。

●MIRAI用のタンクに400gの鋭利な試験片を時速250キロでぶつける安全性テスト

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