Toyota Mirai fuel cell technology hits the water as powertrain for a Yanmar boat.
The 2025 Melbourne to Osaka yacht race might be the most fuel efficient way of travelling the 5,500 nm between the two cities but sailing may be just the precursor to an age of emissions free, motorised, transport on the high seas.
Recent, highly successful, sea trials of a hydrogen fuel cell powered boat developed by Yanmar Holdings and using technology contributed by Toyota, could open the door to a whole new approach to travelling on the water. The tests were conducted at the Osaka North Harbour Marina, the home of the Osaka Hokko Yacht Club – Japanese host Club for the M2O race, in late March.
Interestingly one of the competitor yachts in the 2018 M2O race carried a small hydrogen powered fuel cell system to provide onboard electricity during the race.
Fuel tanks for the latest test vessel were unloaded at the Osaka North Harbour Marina and the sea trials conducted in the adjacent waters, the same area where the M2O entrants will complete their long voyage in mid 2025. Given the global shipping industry is widely acknowledged as a major contributor to atmospheric emissions contributing to climate change it makes sense that at least some oceangoing vessels are being developed that won’t produce carbon dioxide.
The Yanmar Test Boat
Toyota Motor Corp and Yanmar Holdings have combined to develop a boat powered by a hydrogen fuel-cell system using parts from the power-train of the Toyota’s Mirai car. For now, the Hydrogen powered boat is just a concept, but Yanmar says these kinds of vessels would work well for moving tourists around urban areas.
Yanmar announced its new boat as part of a memorandum of understanding the company has signed with Toyota. Its mission is to “develop a hydrogen fuel-cell system for maritime applications.” Toyota’s contribution includes the high-pressure hydrogen tanks used in the Mirai.
Yanmar wants to create a H2 powertrain that is easy to install and has “superior cruising range” and hopes to expand the hydrogen technology “for a variety of applications and deployments.” This is not Yanmar’s first foray into hydrogen-powered boats. In 2018, the company partnered with Toyota Tsusho, another member of the Toyota Group, and Ballard Power Systems to field test a 16.5-meter, H2-powered boat called Shimpo.
That boat used a 60-kW hydrogen fuel-cell system and a 60.0-kWh lithium-ion battery system developed by the Uzushio Electric Company. The project was part of Japan’s Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism’s 2015 project to create a hydrogen-based society. Back in 2018 Yanmar said a potential market for its first hydrogen vessels could be tour boats operating in urban waterways.
This year it has raised its sights, suggesting its lower-greenhouse-gas boats are in line with the International Maritime Organization’s strategy to bring boat greenhouse-gas emissions to zero by the end of the century.
Earlier this year, Toyota said that a maritime version of the Mirai’s powertrain would be used in the Energy Observer, a 31-meter renewable-energy oceangoing vessel that can make its own hydrogen onboard using seawater. Adapting the fuel cell system to work on the water took only seven months at the Toyota Technical Center Europe and required a system redesign to reduce the size of the system.
Toyota originally opened its Marine Business Planning Office to work on pleasure craft in 1990. Late in March this year Yanmar Power Technology Co., Ltd conducted a field demonstration test for the maritime fuel cell system in its newly developed boat at Oita, Japan. The International Maritime Organization has announced a strategy to reduce industry emsisions and supports tighter environmental regulations.
In December last year, the Japanese Ministry of Economy, Trade and Industry formulated its “Green Growth Strategy towards 2050 Carbon Neutrality”. The strategy highlights the development of energy and power sources that reduce the impact on the environment, including those for vessels powered by carbon free fuels such as hydrogen and ammonia.
Osaka Hokko Yacht Club Marina
Yanmar was among the first companies to comply with environmental regulations with its development of dual-fuel marine engines and with an eye on the tighter regulations in the future has developed a maritime fuel cell system that incorporates hydrogen fuel cell modules from Toyota’s MIRAI automobile. The system was installed into Yanmar’s EX38A FC pleasure boat for field testing.
The boat is the first to officially comply with the safety guidelines for hydrogen fuel cell vessels formulated by the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism in Japan.
Yanmar aims to verify specific issues and solutions in a maritime environment for deployment of the maritime fuel cell system. Looking to the future, Yanmar has plans to scale the maritime fuel cell system by connecting multiple units. The system is planned to be deployed to larger vessels by 2025.
M2O entrants are always looking at technology to help in the world’s longest longitudinal race. The technology theme for the M2O 2025 – ‘Hydrogen – the long distance fuel of the future’ has been adopted for the race.
Demonstration test boat specifications
Model ：EX38A（FC prototype）
Weight ：7.9 t Length/Beam ：12.4 m / 3.4 m
Power ：250 kW
Fuel Cell Type ：Polymer Electrolyte Fuel Cell x 2 modules
Hydrogen tank ：70M Pa x 8 tanks
Inspection body ：Japan Craft Inspection Organization
George Shaw checking out the Toyota FCEV
Compiled by Ian Howarth
Photographs courtesy of Tadahiko Tohata
トヨタ自動車の燃料電池技術「MIRAI」がヤンマーボートのパワートレインとして着水。
2025年に開催されるメルボルン-大阪間のヨットレース（以下M2O）は、もしかしたらこの2都市間の距離5,000kmを移動するのに最も燃費の良い方法なのかもしれませんが、セーリングは航海上でのエミッションフリー（*訳註：温室効果ガス削減）のモーター駆動時代の先駆けになるかもしれません。
最近、ヤンマーホールディングスが開発し、トヨタ自動車株式会社（以下トヨタ）が技術提供した水素燃料電池を搭載したボートの海上試験が行われ、大成功を収めました。これにより、水上での移動に全く新しいアプローチが可能になるかもしれません。
この実験は、M2Oレースのホストクラブである大阪北港ヨットクラブの本拠地、大阪北港マリーナで3月下旬に行われました。
興味深いことに、2018年のM2Oレースでは、レース中に船内の電力を供給するために、小型の水素燃料電池システムを搭載したチームがいました。今回の試験船の燃料タンクは、大阪北港マリーナに陸揚げされ、2025年末にM2Oレースの参加艇が長い航海を終えるのと同じ海域で海上試験が行われました。
世界の海運業界は、気候変動の原因となる大気中の二酸化炭素を排出する大きな要因であると広く認識されており、少なくとも二酸化炭素を排出しない外航船が開発されることは理にかなっています。
トヨタ自動車とヤンマーホールディングスは、トヨタの自動車「MIRAI」のパワートレイン（*訳註：自動車などの動力源・駆動装置の総称）を利用した水素燃料電池システムを搭載した船を開発しました。
今のところ、この水素燃料ボートはコンセプトに過ぎませんが、ヤンマーによれば、この種のボートは都市部での観光客の移動に適しているとのことです。
ヤンマーは、トヨタ自動車と締結した覚書の一環として、この新しいボートを発表しました。
この覚書は、「船舶用水素燃料電池システムの開発」を目的としています。トヨタは、MIRAIに使われている高圧水素タンクを提供します。
ヤンマーは、搭載が容易で「優れた航続距離」を持つH2パワートレインを開発し、「さまざまな用途や展開に向けて」水素技術を拡大していきたいと考えています。
ヤンマーが水素を搭載したボートに参入するのは今回が初めてではありません。2018年には、同じくトヨタグループの豊田通商、バラード・パワー・システムズと提携し、16.5メートルのH2エンジン搭載艇「Shimpo」の実地試験を行っています。
そのボートには、渦潮電機が開発した60kWの水素燃料電池システムと60.0kWhのリチウムイオン電池システムが使われていました。
このプロジェクトは、日本の国土交通省が2015年に行った「水素社会の実現」プロジェクトの一環として行われました。
2018年当時、ヤンマーは最初の水素燃料船舶の潜在的な市場として、都市部の水路で運航するツアーボートが考えられると述べていた。
しかし今年になって、低温室効果ガス船は、今世紀末までに船の温室効果ガス排出量をゼロにするという国際海事機関の戦略に沿ったものであることを示唆し、その目標を高めています。
今年初め、トヨタはMIRAIのパワートレインの海上バージョンが、海水を使って船上で水素を自給できる31メートルの再生可能エネルギー外航船「Energy Observer」に搭載されると発表しました。トヨタテクニカルセンターヨーロッパでは、燃料電池システムを水上で使用できるようにするために、わずか7カ月でシステムの再設計を行い、システムの小型化を実現しました。
トヨタは1990年に海洋事業企画室を開設し、プレジャーボートに取り組んできました。
今年の3月下旬には、ヤンマーパワーテクノロジー株式会社が開発した新艇で、海上用燃料電池システムの実証実験を大分県で行いました。国際海事機関（IMO）は、環境規制の強化を支持し、船舶の排出量削減のための戦略を発表しています。
日本の経済産業省は、昨年12月に「2050年カーボンニュートラルに向けたグリーン成長戦略」を策定しました。
この戦略では、水素やアンモニアなどのカーボンフリー燃料を使用した船舶など、環境への負荷を低減するエネルギー・動力源の開発が強調されています。
ヤンマーは、環境規制にいち早く対応した舶用デュアルフューエルエンジンを開発してきましたが、今後の規制強化を見据えて、トヨタ自動車の「MIRAI」の水素燃料電池モジュールを搭載した舶用燃料電池システムを開発しました。
このシステムをヤンマーのプレジャーボート「EX38A FC」に搭載し、実証実験を行いました。
これは、国土交通省が策定した「水素燃料電池船の安全ガイドライン」に初めて正式に準拠したものです。
ヤンマーは、海上用燃料電池システムの展開に向けて、海上での具体的な課題や解決策を検証することを目指しています。
このシステムは、2025年までに大型船への展開が予定されています。
M2Oの参加者は、世界最長の縦断レースに役立つ技術を常に検討しています。
M2O 2025の技術テーマである「水素–未来の長距離燃料」がレースに採用されています。
実証実験艇の仕様
型式 ：EX38A（FCプロトタイプ）
重量 ：7.9 t 全長/ビーム長 ：12.4 m/3.4 m
出力 ：250kW
燃料電池タイプ ：高分子電解質燃料電池×2モジュール
水素タンク ：70M Pa×8本
検査機関 ：日本船舶検査機構
Translation by Hiroshi Horiuchi