Источник энергии для электромобиля – электричество в батарее, а водородный автомобиль сам производит электричество из смеси водорода и кислорода. Но пока такие машины малодоступны.
Наверняка, когда вы слышите о "зеленых" авто, то сразу представляете электромобиль с аккумулятором. Но скоро электрокары будут конкурировать не только с машинами на бензине.
Toyota, Hyundai и Honda делают ставки на водород. Он дает в три раза больше энергии, чем бензин, и не выделяет выбросов. А заправка авто на водороде занимает пять минут, в отличие от электромобилей. И нет проблем с батареями, которые ограничены в сроке использовании и дороги в утилизации.
Усовершенствованный водородом
Особенность авто на водороде – топливные элементы. Это электрохимический генератор, в котором химическая энергия преобразовывается в электрическую. В результате взаимодействия кислорода и водорода выделяются азот, электричество и тепло. Водяной пар – это все, что выходит из выхлопной трубы машины. Полная заправка баллонов водородом занимает три минуты, их объем – 5 кг, что обеспечивают запас хода на 500 км.
По сути, водородный автомобиль – электромобиль, который сам для себя производит электроэнергию. В машине на водороде есть небольшой аккумулятор, который служит в качестве буфера для сохранения энергии, получаемой при рекуперативном торможении (вид электрического торможения, при котором электроэнергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, возвращается в электрическую сеть - Ред.), и для быстрого старта.
"Водородные авто – это более эффективные и экологические электрокары. Разница между ними в том, что источником для электромобиля является электричество, которое хранится в батарее. А водородный автомобиль сам производит электричество с помощью топливного элемента. Топливом здесь выступает смесь водорода и кислорода. Продуктами реакции, происходящей внутри, будут вода, тепло и электричество. Эта электроэнергия как раз и является той движущей силой, которая приводит в действие электродвигатель водородного автомобиля", – поясняет Александр Репкин, президент ассоциации "Украинский водородный совет".
Сам водород можно получать путем электролиза воды с электричеством из зеленых источников энергии – ветра или солнца. Но сегодня водород, в основном, получают и из загрязняющих ископаемых видов топлива – газа и угля.
В то же время, водород опасен; даже основатель Tesla Илон Маск назвал технологию получения энергии из топливных элементов "очень глупой и опасной". Смесь водорода с кислородом взрывоопасна, а утечку практически невозможно заметить. Поэтому для транспорта на водороде разрабатываются специальные баки с многослойными стенками, что делает авто дороже. Также авто на водороде невозможно быстро дозаправить в дороге из канистры. Водород должен поступать в бак под определенным давлением.
Автопроизводители делают ставку на водород
В выпуске водородных авто самых больших успехов пока что достигли Toyota, Hyundai и Honda.
Первый автомобиль, готовый к серийному производству, представили японцы в 2013 году. Toyota Mirai на одной подзаправке может проехать 500 км, максимальная скорость машины достигает 175 км/ч. В Mirai установлено два бака для водорода на 60 и 62 литра, в сумме вмещающих 5 кг водорода под давлением 700 атмосфер. По данным производителя, стоимость заправки бака в расчете на 1 км составляет всего 0,1 доллара. Цена автомобиля в Европе составляет 66 тыс. евро.
В том же году в Южной Корее появился водородный внедорожник Hyundai ix35 Fuel Cell , созданный на базе обычного ix35. Полностью заправленных баллонов автомобилю хватает на преодоление почти 600 километров. Автомобиль развивает максимальную скорость до 160 км/час. А в прошлом году автопроизводитель представил Hyundai NEXO FCEV 2019. На одной заправке кроссовер сможет проехать около 800 километров пути. За базовую комплектацию покупателю придется отдать 65 тыс. долларов. В Южной Корее приобрести водородную машину значительно дешевле – от 35 000 долларов, за счет государственных субсидий на покупку автомобиля, не наносящего вред экологии.
Honda также выпустила свой водородный автомобиль – Honda Clarity. В марте 2016 автомобиль начали продавать на японском рынке как конкурента Toyota Mirai. Clarity Fuel Cell имеет запас хода в 590 километров, а его максимальная скорость составляет 165 км/ч.
Экспериментировал с вариантами топливных элементов своих автомобилей и Ford с моделями Focus и Fusion, а также кроссовером Edge, но пока что компания не предлагает таких автомобилей на продажу.
Mercedes в 2017-м представил гибрид Mercedes-Benz GLC F-Cell. В автомобиле установлена буферная батарея, которую можно заряжать отдельно, как и в любом электромобиле, или же можно заправиться водородом. В GLC F-Cell установлены два резервуара объемом 4,4 кг водорода. Запас хода – 430 км на водороде, дополнительные 51 км запаса хода обеспечивает батарея. Однако из-за высокой цены Mercedes планирует сдавать автомобили в аренду за 800-900 евро в месяц в больших городах Германии и Японии.
Автопроизводители возлагают на водород большие надежды. В 2017 году несколько крупных компаний, таких, как Audi, BMW, Honda, Toyota, Daimler, GM, Hyundai создали "Водородный совет". Производители вместе исследуют и разрабатывают водородные технологии. В этом свете машины "на батарейках" — временное решение на ближайшие 20–30 лет, в среднесрочной перспективе потенциал водорода куда выше.
Заправиться на 369 станциях
Лидер по количеству водородных заправок – Япония. В стране оборудовано 96 станций. За ней идут Германия – 60 станций, и США с 42-мя.
По данным Ludwig B?lkow Systems Engineering, в настоящее время в Европе насчитывается 152 станции заправки водородом, еще 136 – в Азии и 78 в Северной Америке. Однако из этих 369 АЗС только 273 – общедоступные, а остальные – для закрытых групп пользователей.
Количество водородных станций будет расти. Ожидается, что к следующему 2020 году в Германии будет 100 станций заправки водородом, а Daimler (материнская компания Mercedes) заявляет, что к 2023 году их число может увеличиться в четыре раза. Toyota и Honda в сотрудничестве с правительством Канады собираются строить сеть водородных заправок в Монреале уже в этом году. Даже богатая нефтью Саудовская Аравия заключила договор на строительство первой станции с американской компанией Air Products.
Согласно отчету Hydrogen Fuel Cell Vehicles, в 2013–2017 году в мире было продано 6 364 транспортных средства на водородном топливном элементе. В сообщении отмечается, что более 50% этих электромобилей проданы в Калифорнии. Второй крупный рынок таких транспортных средств – Япония.
Однако водородные машины застряли в ситуации спроса и предложения. Автомобили выпускаются небольшими партиями – 4 293 машины в 2017 году, – и они слишком дорогие. Хотя за последние пять лет стоимость систем топливных элементов в Hyundai сократилась вдвое, и ожидается, что в ближайшие пять лет она снизится как минимум еще на 50%. Кроме того, не хватает заправочных станций с водородом. Еще одна проблема – транспортировать и хранить водород в большом количестве сложно и опасно. Это приводит к низкому спросу на водород, и из-за этого в новые технологии вкладывается мало ресурсов.
"Основная проблема использования энергии водорода заключается в необходимости совершенствовать технологии его производства. Общий бюджет на реализацию водородных проектов только в Европе уже исчисляется миллиардами евро. Сегодня ученые со всего мира работают над удешевлением отрасли за счет внедрения новых методов. Сверхзадача сделать водород таким же доступным, как и природный газ; с последующим полным переходом на него. Для того, чтобы по украинским трассами начали ездить автомобили на водороде, нужно еще многое сделать. Освоить технологии добычи, хранения и транспортировки водорода, построить водородные автозаправочные станции. Впереди много работы, но именно за этими технологиями будущее", – говорит Александр Репкин.
По прогнозам "Водородного совета", 2030 год станет переломным. По их оценкам, водород будет использоваться для обеспечения до 18% мировой энергии к 2050 году, даже за пределами транспорта, учитывая, что мир должен выполнить цель Парижского соглашения по сдерживанию глобального потепления.
Кроме легковых машин, автопроизводители тестируют топливные элементы и на другом транспорте. Hyundai недавно представил грузовик, оснащенный электрической силовой установкой с водородными топливными элементами. На европейском рынке модель планируется представить уже в этом году. А Германия осенью прошлого года пустила в рейс первый водородный поезд. Перейти на водородные поезда планирует и Великобритания. Французская компания Alstom и британский оператор подвижного состава Eversholt Rail разработали поезд на базе нескольких электропоездов класса 321, которые эксплуатируются железными дорогами страны с 1988 года. Модернизированный поезд с названием Breeze будет запущен в Великобритании уже в 2022 году.