Водород для авто: Водородные автомобили: ТОП-7 моделей на 2019 год

Содержание

Российские новинки: скоро поедем на водороде

На водороде поедем уже скоро – сразу две российские компании представили свои модели общественного транспорта на двигателе будущего.

Электробус на водородных топливных элементах – это новинка разработки «Группы ГАЗ». Существует в двух вариантах – «Ситимакс Гидроген» на 85 пассажиров, и поменьше – на 22 посадочных места и называется «Газель сити». Самое главное преимущество перед электробусом – запас хода больше. На одной заправке, обещает производитель, проехать можно 350 километров.

«Мы убеждены, что этого будет достаточно. Что касается перспективности, это вопросы более сложный, мы понимаем, что это техника гораздо более дорогая. Водородный автобус будет в три раза дороже электрического, это вопрос политики государства, субсидий, законодательства», —
комментирует представитель «Группы ГАЗ» Вадим Сорокин.

А вот КАМАЗ уже пообещал свой водоробус запустить по столичным маршрутам в следующем году. Двигаться он будет с максимальной скоростью 80 километров в час, проходить без заправки до 250 километров. Ну и что важно для зеленого транспорта – ему ни холод, ни жара не страшны: эксплуатировать водородный электробус можно при температуре от -40 до +40.

Юрий Борисов, КАМАЗ: «Мировые тенденции, связанные с так называемой «зеленой экономикой», переход к электродвижению, к водородным двигателям. Здесь представлены не на макетах каких-нибудь, а уже в реальных образцах. Вы можете увидеть автомобиль КАМАЗ и автобус на водородном двигателе. Это уж,е наверное, буквально завтрашний облик современных транспортных средств. И Россия, что приятно, в этом тренде будет развивать и накапливать компетенции. Вместе со всеми уважаемыми партнерами, коллегами, комплектаторами, которые со всего мира здесь присутствуют».

Локомотивы на водородной тяге – это тоже уже не фантастика, а перспектива ближайшего будущего. На полях Восточного экономического форума соглашение о сотрудничестве подписали Трансмашхолдинг, Росатом и Российские железные дороги. Пилотным полигоном для отработки организации движения поездов на водороде будет остров Сахалин.

Там же во Владивостоке глава Минпромторга Денис Мантуров рассказал, что российский пассажирский самолет ЯК-40 может получить водородный двигатель. На авиасалоне МАКС в этом году модель представили в электрической версии. Сейчас Центральный аэрогидродинамический институт отрабатывает решения по охлаждению электрической системы водородом. А на следующем этапе водород уже будет обеспечивать энергией электрический самолет.

Ну а водородный вариант российского автомобиля «Аурус» гости форума могли увидеть. «Аурус Гидроген» с запасом хода 600 километров – пока это лабораторный образец, но скоро поедет.

Глава Минпромторга Денис Мантуров: «Аурус» – один из флагманов, он оказался в премиальном сегменте, поскольку этот проект не только под премиальный сегмент, но и под разработку технологий по водородной тематике, по электродвижению. Эта повестка распространяется на всех производителей».

В ближайшие два года Россия должна запустить и собственное производство водорода. В 2024 году только на экспорт планируют отправлять 200 тысяч тонн, к 2035 году – 2 миллиона. Это, по прогнозам, составит 10-15 процентов мирового рынка.

Первыми производителями должны стать Газпром, Новатэк и Росатом. Компании запустят пилотные водородные установки в 2024 году. Их построят на атомных электростанциях, объектах добычи газа и предприятиях по переработке сырья.

Автомобили на водороде пока приносят убытки владельцам

Максимальный прирост потребления водорода в мире ожидается в транспорте: к 2030 г. спрос здесь может увеличиться со 140 000 т сейчас до 14 млн т в год. Об этом говорится в обзоре НРА, с которым ознакомились «Ведомости».

Но водород остается «крайне неудобным газом» для транспорта и есть риск, что прогнозы по его применению в секторе не сбудутся, вытекает из исследования. Эксперты НРА отмечают «высокую стоимость, размеры оборудования и отсутствие инфраструктуры» и добавляют, что «топливный элемент, работающий на водороде, имеет очень ограниченный ресурс».

Но многие компании уже заявили о планах перевода своего транспорта на водород. А почти все крупные автопроизводители (Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan, Daimler и др.) намерены начать выпускать технику на водороде. К осени 2021 г., по данным НРА, в мире было продано около 11 200 водородомобилей. Для сравнения: продажи электромобилей в первом полугодии 2021 г. составили около 2,6 млн шт.

По словам управляющего директора рейтинговой службы НРА Сергея Гришунина, в США транспорт на водородных топливных ячейках пока дорог в обслуживании: около $240 на 100 км, из которых 49% составляют затраты на амортизацию и 51% – операционные затраты. Электромобиль обходится в $166 на 100 км, а автомобиль с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) – в $125, добавил эксперт.

Дороговизна водородных машин связана с высокой стоимостью энергомодуля, поясняет он. «Энтузиасты считают, что уже к 2027 г. цена владения для водородомобиля, электрокара и машин с ДВС станет сопоставимой», – отметил Гришунин. Риск того, что ожидания могут не сбыться, по его словам, заключается в возможном резком подорожании платины (используется в топливных элементах). Увеличение потребности в ней, по мнению эксперта, может спровоцировать резкий рост цен на платиноиды, сопоставимый с восьмикратным «палладиевым ценовым рывком», наблюдавшимся при массовом переводе на этот металл автокатализаторов.

В мире развивается также пассажирский городской и грузовой транспорт на водороде. В 2021 г. в Китае продали 993 водоробуса, в Германии в 2020 г. начали эксплуатировать первые 10 водородных автобусов. На железной дороге водородные топливные ячейки позволяют отказаться от электрификации участков, где пока ходят дизельные поезда. С 2018 г. водородные поезда используются в Германии, Австрии, Швеции и Франции, отмечается в обзоре НРА. В авиации также существует ряд водородных проектов. Так, 2008 г. Boeing провел испытания двухместного водородного самолета на базе модели Dimona. Airbus в 2020 г. представил сразу три концепта самолетов на водороде.

Россия отстает в водородной гонке

По оценкам НРА, в России транспорт на водородных ячейках к 2030 г. займет менее 1% от общего потребления этого газа в стране. В феврале 2022 г. РБК сообщал со ссылкой на проект технологической стратегии развития водородной отрасли в России о планах перевести 10% городского и междугородного пассажирского транспорта на водород к 2030 г.

Но эксперты и компании транспортной отрасли не верят в реальность достижения этой цели. Автомобилей на водороде в России нет, а созданный «Камазом» водоробус существует пока лишь в пилотном исполнении. В компании не ответили на запрос «Ведомостей».

Представитель Государственной транспортной лизинговой компании (ГТЛК) указывает на то, что для масштабного перевода общественного транспорта на водород в стране нет ни серийных проектов (например, водоробусов), ни заправочной инфраструктуры. Он добавил, что ориентировочная цена первых российских водоробусов слишком высокая. Такая техника в 7 раз дороже, чем новые автобусы, работающие на газомоторном топливе (ГМТ – компримированный газ или СУГ), которые сейчас пользуются спросом в регионах, отметил он. Собеседник добавил, что ГТЛК будет готова поддержать водородный сегмент транспорта, «как только появится рыночная модель водоробуса и пойдут заявки от транспортных компаний».

Другой российский проект водородного транспорта – поезда для Сахалина, которые «Трансмашхолдинг» (ТМХ) намерен выпустить к 2024 г. Но еще в августе 2021 г. гендиректор ТМХ Кирилл Липа в интервью журналу «Техника железных дорог» признавал, что пока российского водородного топливного элемента необходимой мощности не существует, он появится к 2027–2028 гг. В ТМХ на момент публикации на запрос «Ведомостей» не ответили.

Первым делом поезда и автобусы

По мнению экспертов, водородный транспорт требует существенных вложений частных компаний и государства и будет развиваться в России медленнее. «Инфраструктура требует более значительных инвестиций в сравнении с вложениями в разработку водородных транспортных средств», – отмечает президент НИЦ «Перевозки и инфраструктура» Павел Иванкин.

Гендиректор «Infoline-аналитики» Михаил Бурмистров указывает, что в России пока даже метановые заправки загружены не более чем на 50% и в ряде регионов работают в убыток, несмотря на госпрограммы по переводу автомобилей на газ и частичную компенсацию расходов на переоборудование техники. При этом, по мнению Бурмистрова, у водородных поездов и водоробусов перспектив в России больше, чем у личного водородного транспорта. «Заправочная инфраструктура для них централизована, а решение о закупке принимают, не в последнюю очередь ориентируясь на цели госпрограмм по развитию городского транспорта. Но когда такие проекты станут рентабельными, пока судить сложно», – добавил он.

Аналитик «Финама» Александр Ковалев также обращает внимание на то, что в России «институциональная потребность зеленого перехода пока выглядит неоднозначной». «Даже электромобили у нас пока плохо приживаются в силу отсутствия инфраструктуры и других страновых факторов. И пока предпосылок изменения ситуации к 2030 г. не наблюдается», – говорит он.

Водородный Aurus готовится выехать на старт – Коммерсантъ FM – Коммерсантъ

Первый российский водородный автомобиль показали широкой публике. Отечественный бренд Aurus презентовал на Восточном экономическом форуме машину, которая ездит на этом экологически чистом виде топлива. Внешне представительский седан не отличается от бензиновой версии, но у него нет выбросов СО2, а запас хода составляет примерно 600 км. Глава Минпромторга Денис Мантуров в начале июля заявлял, что производство автомобилей на водороде начнется в России в 2024 году. Однако до определенного момента оно не будет массовым, а серийный выпуск тех же Aurus на таком топливе возможен лишь в долгосрочной перспективе.

Когда водородные машины смогут появиться на российских дорогах? Руководитель проекта 110km.ru Денис Смольянов считает, что сами авто реально создать к 2024 году, а вот вся необходимая инфраструктура к ним так быстро не появится: «Не так много топлива, которое можно хранить долгое время. Бензин вы можете залить в бак, в какую-нибудь большую канистру. Хранить долго электричество в месте, где нет какой-то инфраструктуры, довольно сложно. Проблематично построить в условной пустыне или тайге электрозаправки, поставить аккумуляторы, они не будут хранить электричество длительное время.

В этом плане водород может быть гораздо интереснее, чем электромобили.

Если мы расставляем на какой-нибудь трассе водородные заправки, то сможем обеспечить постоянное движение транспорта».

Тем временем в ближайшей перспективе Россия может получить поезда на водороде. Во всяком случае, об этом заявил губернатор Сахалинской области Валерий Лимаренко. По его словам, в его регионе такие составы планируется запустить уже в 2023 году. Железнодорожное сообщение с локомотивами на чистых топливных элементах входит в пилотный проект по созданию на Сахалине целого водородного кластера. Развивать такое движение в этом регионе вполне логично, а вот распространить водородные поезда на всю страну вряд ли получится, считает директор Института экономики транспорта и транспортной политики Высшей школы экономики Михаил Блинкин:

«Активное внедрение водорода как транспортного топлива имеет смысл только там, где создаются современные мощности в промышленных количествах. На железных неэлектрифицированных дорогах переход на водородное топливо — излишняя роскошь. Да, есть возможность использования водородной тяги. В какой-то перспективе можно об этом говорить, но опять же это возможно там, где есть водородные заправки по разумной цене и с доступной логистикой. Это очень важный вопрос».

Власти Сахалинской области также заявили, что региональный водородный кластер в регионе позволит ежегодно производить примерно 100 тыс. тонн такого топлива. До 2030 года для этого там планируется построить три завода. Впрочем, само развитие водородной энергетики в России пока несет скорее имиджевый характер, считает ведущий эксперт Фонда национальной энергетической безопасности и Финансового университета Игорь Юшков:

«Сейчас для России водород — это, конечно, попытка показать, что мы видим тенденции мировой энергетики, слышим, что происходит в Европе, видим все их программы по декарбонизации, не более того. Для нас есть логика в развитии водородной индустрии, прежде всего, на Сахалине с точки зрения того, что, например, в Южной Корее и в Японии будет развиваться потребление водорода, а мы из нашего газа будем производить и им экспортировать. Можно часть направлять на внутренний рынок и обеспечивать спрос, но его как такового нет. И просто так он не появится, даже если мы будем продавать водород другим странам».

Насколько реализуем план по увеличению числа экологичных машин

Смотреть

Россия тем временем планирует к 2050 году зарабатывать на экспорте водорода $24-100 млрд ежегодно. Такие прогнозы весной представило Министерство энергетики. По его подсчетам, к указанным срокам страна будет поставлять на мировой рынок до 33,5 млн тонн такого топлива.

Владимир Расулов

Водородные Автомобили в России. ᐈ Каталог авто на водородном топливе| Электромобили.Ру

Эффективное, но дорогое топливо

Публика уже привыкла к борьбе за популярность гибридов, машин с ДВС или электрокаров. Последние пока что занимают самую выгодную позицию, а может ли появиться еще кто-то эффективнее и экологичнее? Тогда стоит вспомнить о транспорте на водородном топливе. Такие машины очень похожи на электрические авто отсутствием вредных выхлопов, однако главное достоинство в заправке — для наполнения баллона водородом до отказа нужно около 10 минут, а хватит горючего на дистанцию в 500 км. Кажется, намного выгоднее, чем электромобиль, однако так ли это на самом деле?

История водородных автомобилей

Еще в 1990-х годах производители углубились в разработку транспортных средств, которые передвигаются на топливных элементах. Основная причина поиска альтернативного горючего — введение новых стандартов выбросов CO2 и энергетический кризис. Единственные экологически чистые автомобили того времени — электрокары, имели несколько ограничений: длительная зарядка аккумулятора, небольшой запас хода, дорогостоящие комплектующие. В итоге компании начали искать другой способ привести машину в действие.

В качестве основного топливного элемента выбрали водород. Химические свойства, экологичность и распространенность в окружающей среде подтолкнули инженеров к мысли, что работа с этим веществом может принести доход и внушительные перспективы. Водородные машины должны были проезжать такие же дистанции, как и бензиновые аналоги, с той же мощностью и скоростью. Однако основная сложность была в другом — как изготовить необходимый двигатель и направить энергию топливного элемента в правильное русло?

Оказывается, первый ДВС на водороде был придуман еще в позапрошлом веке. Большинство экспертов склоняются к исследованиям французского естествоиспытателя Франсуа де Риваз, который в начале XIX века получал водород электролизом воды. В современном мире крупные производители почти одновременно выпустили водородные автомобили с похожей базовой технической “начинкой”.

Принцип работы автомобилей на водородных элементах

Механизм работы и типы моторов очень похожи на деятельность электромобилей, но главное отличие в способе создания энергии. Машины на топливных элементах тоже используют электричество для движения, но получают его не от заряда розеткой. Энергия вырабатывается в процессе физико-химических реакций, которые происходят в самом агрегате. Принцип работы состоит в следующем:

  • автомобиль заправляется водородом, который контактирует с кислородом и катализатором. В результате вырабатывается электрический ток, который насыщает энергией двигатель и батарею.

Подобный транспорт заправляют на специальных станциях, которые самостоятельно вырабатывают водород с помощью электролиза воды. Обслуживание автомобиля означает замену водородных элементов, которые исчерпали свой ресурс. Обычно заменяют катализаторную мембрану, которая помогает вырабатывать электричество.

Преимущества использования автомобилей на водородном двигателе

  • Расширение продукции. Разработка и производство прототипа может обойтись в 1 млн долларов. Если создавать концепт для автовыставки, то такое транспортное средство не обязательно должно ездить. Для крупных автомобильных концернов эта сумма небольшая, но какой может быть результат. Вполне возможно, что через пару лет водородные технологии будут на высоте.
  • Неисчерпаемость. Мировой океан содержит 1,2×1013 тонн водорода, при этом суммарная масса элемента — 1% от общей массы планеты. Однако самое главное достоинство водорода в том, что при сгорании он превращается в воду. Происходит круговорот веществ в природе.
  • Экологичность. Когда водород используется в качестве топлива, то не происходит парниковый эффект (в результате выделяется вода). Водород быстро улетучивается и не создает никаких застойных зон.
  • Безопасность. Весовая теплотворная способность элемента в 2,8 раза выше, чем у бензина. А это значит, что водород воспламеняется в 15 раз меньше, чем углеводородное горючее.

Недостатки владения водородными автомобилями

Рассмотреть минусы транспорта на топливных элементах можно на примере первого массового водородного авто Toyota Mirai. Как оказалось, у машин подобной модификации, есть и темная сторона.

  • Стоимость. Сегодня японский автомобиль на водороде продается почти за 70 000$ в среднем, а это цена базовой версии Tesla Model S в США. Toyota Mirai дороже Chevrolet Volt или Toyota Prius в 2-3 раза. При этом компания еще и теряет доход, поскольку инсайд-информация указывает на реальную стоимость автомобиля в 100 000$. Еще один водородный автомобиль Hyundai Tucson (iX35) Fuel Cell вышел совсем недавно лимитированной серией. Модель оценили в 144 000$.
  • Заправка. Сегодня 1 кг водорода стоит почти 8$, а если брать расход 1-1,3 кг на дистанцию в 100 км, то стоимость поездки можно сравнить с движением на бензиновом автомобиле. Гибридный или дизельный агрегат будет даже выгоднее. В это время на 100 км на электромобиле можно потратить меньше 2$. При этом водород труднодоступен. Даже в мегаполисах не так легко найти подходящую заправочную станцию. Все потому, что этот бизнес и не очень выгодный. Для строительства небольшой водородной АЗС необходимо почти 300 000$, а для станции среднего размера — 2 000 000$. Небольшая заправка может заправить за сутки около 30 машин, а на большая почти 250 агрегатов. Это небольшие цифры при затратах на содержание подобных станций. Еще существуют и крупные АЗС, но они могут обойтись в 10 000 000$. Такие предприятия строятся рядом с заводами по выработке водорода, или же на станции должно быть большое хранилище. Все это сложное и дорогое строительство.
  • Габариты и вес. Модель на топливных элементах Toyota Mirai имеют длину 4900 мм и вес в 1850 кг, вместимость до 4 пассажиров и багажное отделение в 361 л. Параметры указывают на то, что водородное авто тяжелое и не особо просторное. Лишний вес образуется из-за сложной конструкции: топливные ячейки, электрический преобразователь и дополнительный аккумулятор. Небольшой салон получается из-за массивных баллонов для водорода. Ситуация с электромобилем немного легче — хотя и присутствует крупная АКБ, зато конструкция проще.

Каковы будущие перспективы FCEV?

Идея использовать двигатели на топливных элементах потихоньку развивается не только в умах производителей, но и на деле. Особенно радужные перспективы применения водородных моторов для общественного транспорта. В Германии ездят сотни городских и туристических автобусов на водороде. В 2017 году был анонсирован выпуск первого поезда на водородном топливе, который сможет заменить дизельные составы.

Однако многие эксперты считают, что когда будет придуман способ быстрой зарядки электромобиля, то водородные машины могут отойти на второй, или даже третий план. Все дело в том, что решение всех проблем, связанных с транспортом на водороде займет намного больше времени, чем строительство сверхбыстрых станций. Первая такая “заправочная” станция появилась в США в 2017 году, а в 2018 году несколько предприятий должны открыться в Европе. Но пока станции для электрокаров не так быстро распространяются, водородные автомобили набирают популярность.

Toyota перевела GR Yaris на водород, чтобы сохранить ДВС и рабочие места — Авторевю

Корпорация Toyota готовит масштабное наступление на фронте электромобилей, но отнюдь не планирует расставаться с традиционными силовыми установками. Тойотовский план по «озеленению» ДВС — это перевод поршневых двигателей на водород. Примерно так, как BMW предлагала в середине 2000-х, — впрыскивать h3 в цилиндры и сжигать его, получая в качестве выхлопа почти чистый водяной пар. Правда, на самом деле в Японии этой технологией занимаются еще с 70-х годов, просто в Европе и Америке гораздо шире известны опыты баварского концерна, несмотря на то, что практического применения водородная «семерка» так и не нашла. Но вот теперь про водород в роли горючего топлива вспомнили снова.

Точнее, Toyota вспомнила про него в 2017 году, когда начала искать альтернативы ДВС. А теперь представлен результат этих поисков — прототип хот-хэтча GR Yaris h3 c трехцилиндровым турбомотором 1.6, переведенным на непосредственный впрыск водорода. Конструктивно это тот же двигатель G16E-GTS, который стоит на обычном GR Ярисе, но его топливная система (бак и заправочный механизм) унифицированы с водородомобилем Toyota Mirai. С той только разницей, что Mirai использует водород в электрохимическом генераторе для получения электричества, а GR Yaris — вместо бензина.

К сожалению, Toyota не раскрывает ни мощность, ни динамические характеристики, ни показатели расхода топлива и запаса хода. Видимо, потому что похвастать пока особо нечем. О возможностях этого силового агрегата довольно красноречиво говорят результаты водородной Короллы, которая весной 2021 года принимала участие в 24-часовых гонках на автодроме Fuji Speedway.

Тот автомобиль был оснащен таким же двигателем. Он позволил Королле за сутки преодолеть 358 кругов, или 1634 км, — это меньше половины дистанции, которую прошел победитель марафона. Средняя скорость за сутки составила 67 км/ч, однако непосредственно на трассе водородомобиль провел только 11 часов 54 минуты, все остальное время Corolla находилась в боксах или на отдельной заправочной станции в паддоке. То есть средняя скорость движения в гонке — 136 км/ч.

Из 12 часов простоя восемь часов ушло на устранение технических сложностей и на проверки по части безопасности, а сами дозаправки заняли четыре часа. Пополнять бак приходилось от специальной компрессорной станции на базе грузовика, которая расположилась за пределами пит-лейна. За всю гонку Тойоте потребовалось 35 остановок примерно по семь минут каждая. Таким образом, на одной полной заправке удавалось пройти меньше 50 км.

Тут нет опечатки — пятьдесят километров. Но и ничего удивительного тоже нет. Эффективность использования водорода в ДВС примерно в два раза ниже, чем в топливных ячейках, которые установлены на Mirai. Мощность, очевидно, недотягивает и до бензинового ДВС. Сложности с производством водорода, его хранением и заправкой очевидны. В чем же тогда смысл тойотовских экспериментов?

Пресс-релиз, которым сопроводили GR Yaris h3, говорит, что водородный двигатель, в отличие от электромоторов, звучит и работает как традиционный ДВС, а значит, хранит в себе эмоции и дух езды на «классическом» автомобиле. Но, разумеется, у Тойоты есть и другие резоны. О них еще весной после гонки говорил сам глава корпорации Акио Тойода — силовые агрегаты на водородном топливе позволят сохранить примерно миллион рабочих мест в японском автопроме.

Эти места находятся под угрозой из-за стремительного перехода индустрии на электротягу, а Toyota чувствует свою ответственность за состояние дел в индустрии. Двигатели на горючем водороде, с одной стороны, обеспечат чистый выхлоп и переход к углерод-нейтральному транспорту, а с другой — дадут заводам возможность более мягко адаптироваться к новой реальности. К тому же автомобили с такими силовыми агрегатами обещают быть дешевле, чем электромобили, ведь они обходятся без дорогих батарей и не требуют вложений в разработку «с нуля» электрических компонентов.

Правда, сама Toyota признает, что эта технология еще не готова к коммерциализации, поэтому работы будут продолжены. По слухам, конечной целью может стать применение такого двигателя на гибридных Приусах будущих поколений. Но, как подчеркивал Акио Тойода, водородные ДВС не панацея, а лишь один из вариантов решения сложной экологической проблемы автопрома. И это одна из причин, почему нынешней осенью Toyota оказалась среди четырех автопроизводителей (наряду с концернами Renault-Nissan, Hyundai-Kia и Volkswagen), которые на климатическом саммите в Глазго не стали подписывать декларацию о прекращении выпуска машин ДВС к 2035 году.

Из истории водородной энергетики — Энергетика и промышленность России — № 15-16 (107-108) август 2008 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 15-16 (107-108) август 2008 года

Очевидно, что каждая составляющая топливно-энергетического комплекса имеет свою историю. Иногда эта история – например, использования угля – длится веками, иногда – например, атома – всего лишь десятилетиями. Почему‑то принято считать, что водородная энергетика появилась совсем недавно. Происходит это, конечно же, в силу того, что она до сих пор не нашла широкого применения, хотя над проблемой освоения одного из основных элементов таблицы Менделеева тысячи ученых работают очень давно.

Проблеме использования водорода как топлива более 150 лет. Еще в 1820 году В. Сесил в докладе Кембриджскому философскому обществу предложил использовать водород для привода в движение машин, а первый патент на двигатель, работающий на смеси водорода и кислорода, был выдан в Англии в 1841 году.

Эффект обратной вспышки

В Германии, в Мюнхене, в 1852 году придворным часовщиком Христианом Тейтманом был построен двигатель, работавший (в течение нескольких лет) на смеси водорода с воздухом. В 1920‑х годах Г. Ф. Рикардо и А. Ф. Брустелл выполнили детальные исследования работы двигателя внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием на водородо-воздушных смесях. В этих работах, по‑видимому, впервые было обнаружено явление обратной вспышки, которым впоследствии занимались многие исследователи. В это же время началось и практическое использование водородных двигателей на дирижаблях фирмы «Цеппелин». Для них в качестве топлива использовался водород, наполнявший дирижабль.

В 1928 году был проведен испытательный перелет такого дирижабля через Средиземное море.

Особое место в истории водородных двигателей занимают работы Рудольфа Эррена, выполненные в 1920‑30‑х годах. Он впервые применил внутреннее смесеобразование в двигателях на водороде. Водород подавался в цилиндр через его стенку, что снижало опасность возникновения обратной вспышки.

При этом у двигателя сохранялась система подачи основного топлива, и он мог работать на любом из топлив, а также на жидком топливе с добавлением водорода. Р. Эррен перевел на водород несколько типов двигателей, в том числе и дизельный, установленный на автобусе «Лэйлэнд». Успешная пробная эксплуатация этого автобуса происходила в пригороде Лондона. Р. Эрреном был разработан и испытан первый водородо-кислородный ДВС. На такте впуска в цилиндр подавалась смесь кислорода с водяным паром, на такте сжатия – водород.

Образующийся при сгорании водяной пар частично возвращался на такте впуска в двигатель и частично конденсировался. Двигатель мог работать без наружного выхлопа, то есть был пригоден для использования в подводных лодках. В это же время в Германии использовались автодрезины, работающие на водороде. Последний производился на заправочных станциях электролизом воды под давлением.

Школа Семенова

В период с 1920‑х до начала 1940‑х годов весьма важные и обширные исследования реакции горения водорода в кислороде и воздухе в различных условиях были выполнены российскими учеными школы
Н. Н. Семенова, учеными Германии, Англии, США. Таким образом, к началу Второй мировой войны были заложены научные и технические основы использования водорода как топлива. Развитие экспериментальных работ по созданию водородных двигателей было прервано войной. Однако первый успешный опыт массового использования водорода как топлива в автомобильных двигателях внутреннего сгорания был осуществлен во время Второй мировой войны в России.

В блокадном Ленинграде в 1941 году инженер-лейтенантом Б. И. Шелищем многие автомобильные двигатели ГАЗ-АА, вращающие лебедки аэростатов заграждения, были переведены на питание водородо-воздушной смесью из аэростатов, потерявших плавучесть.

Содержание воздуха в них достигало 15‑20 процентов, и обратная вспышка могла привести к взрыву аэростата. Для предотвращения этого
Б. И. Шелищ применил водяной затвор, установленный перед двигателем, и ряд других мер защиты с использованием доступных средств. С 1942 года водород из потерявших плавучесть аэростатов стал использоваться и Московской службой ПВО. В годы войны более 400 автомобильных двигателей для привода лебедок аэростатов заграждения в России работали на водороде.

После нефтяного кризиса

После Второй мировой войны фундаментальные исследования процессов и разработки автомобильных двигателей на водородном топливе проводились во многих странах, в том числе в СССР (в НИИ энергетики Казахстана, Институте теоретической и прикладной механики (ИТПМ) СО АН СССР и некоторых других организациях), но активность исследований в этом направлении существенно снизилась.

Дешевая нефть и не осознанные еще экологические последствия бурного развития автотранспорта на углеводородных топливах не оставляли места для развития водородных технологий в этой отрасли.

Осознание необходимости их развития пришло в начале 1970‑х годов, одновременно с первым нефтяным кризисом и резким обострением экологической ситуации в крупных городах. К этому времени относится начало активной фазы НИОКР по созданию водородных транспортных средств и инфраструктуры их топливообеспечения.

К началу 1980‑х годов в США, Японии, Германии, СССР, Канаде и ряде других стран были созданы экспериментальные водородные автомобили с двигателями внутреннего сгорания, работающие на водороде, бензоводородных смесях, смесях водорода с природным газом и с различными системами хранения водорода на борту автомобиля: в виде гидридов интерметаллических соединений, в жидком и газообразном сжатом состоянии.

В начале 1970‑х годов в Австрии К. Кордеш создал первый экспериментальный водородный электромобиль с водородо-кислородным щелочным топливным элементом (ТЭ) мощностью 6 кВт. Основной задачей работ в этом направлении в последующие годы стало создание эффективной и дешевой двигательной установки на основе водородо-воздушного топливного элемента.

Активные исследования и разработки в области водородной энергетики и технологии начались в нашей стране в середине 1970‑х годов. Они проводились по многим направлениям крупными научными коллективами под руководством
В. А. Легасова, Н. Д. Кузнецова, A. M. Фрумкина, Р. Е. Лозино-Лозинского, А. А. Туполева,
В. П. Глушко, В. П. Бармина,
А. Н. Барабошкина, В. П. Белякова, А. Н. Подгорного и других выдающихся ученых и крупных организаторов науки.

Разрабатывались новые технологические процессы крупномасштабного производства водорода и водородсодержащих газов из природных топлив, воды и нетрадиционного сырья, методы и средства его хранения, транспортировки и распределения, технологии использования водорода и искусственных топлив на его основе в энергетике (в т. ч. автономной), автотранспорте, авиации, ракетной технике, металлургии, химической промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Была обеспечена координация фундаментальных и прикладных исследований по линии Академии наук и ГКНТ. Начиная с середины 1970‑х годов систематические исследования проблем использования водородного топлива для автотранспорта выполняли Институт проблем машиностроения АН Украины (Харьков), Научный автомобильный и автомоторный институт (НАМИ, Москва), НПО «Квант» (Москва), Институт атомной энергии им. И. В. Курчатова (Москва), институты Сибирского отделения Академии наук и ряд других организаций.

Главными задачами этих исследований и разработок являлись снижение токсичности выбросов и повышение эффективности использования первичных энергоресурсов. Поскольку в крупных городах число автомобилей весьма велико и существует развитая инфраструктура их топливообеспечения, рациональным путем внедрения водородного топлива в автотранспорт было признано создание на базе существующих моделей автомобилей с ДВС, способных работать как на водороде, так и на бензоводородных смесях различного состава. Одновременно с этим разрабатывались двигательные установки для перспективных автомобилей с нулевым выбросом на базе водородо-воздушных топливных элементов и элементы инфраструктуры.

«РАФы» на бензоводородных смесях

В результате обширных экспериментальных исследований специалистами ИПМаша АН УССР и НАМИ были детально изучены рабочие процессы в двигателях на водороде и бензоводородных смесях как с внешним, так и с внутренним смесеобразованием. Было показано, что главным фактором, вызывающим обратную вспышку, является контакт водородо-воздушной смеси с горячими остаточными газами в момент впуска, и разработаны пути подавления обратных вспышек.

Созданы были универсальные системы питания автомобильных двигателей, обеспечивающие их устойчивую работу на водороде, бензоводородных смесях и бензине, и эффективные системы хранения водорода на борту на основе комбинации высокотемпературных и низкотемпературных металлогидридов.

К началу 1980‑х годов в СССР различными организациями были созданы и испытаны опытные легковые автомобили ВАЗ «Жигули», АЗЛК «Москвич», ГАЗ-24 «Волга» и ГАЗ-69, грузовые ЗИЛ-130, микроавтобусы РАФ и УАЗ, работающие на водороде и бензоводородных смесях.

Опытная эксплуатация бензоводородных автомобилей «Волга», осуществлявшаяся в Харькове с 1980 года, показала перспективность перевода части городского автотранспорта на бензоводородные смеси с содержанием водорода около 5 процентов по весу. При этом резко снижается токсичность выбросов, эксплуатационный расход бензина уменьшается на 35‑40 процентов, а эксплуатационная экономичность повышается на 20‑25 процентов. В 1986 году Минавтопромом СССР было принято решение о выпуске и последующей эксплуатации в городах СССР опытной партии городских микроавтобусов РАФ (200 штук), работающих на бензоводородных смесях. Однако это решение из‑за начавшихся политических процессов не было выполнено.

Автомобили с топливными элементами

В 1970‑80‑е годы в НПО «Квант» был выполнен цикл работ по применению топливных элементов для городских электробусов на водородном топливе. Была решена задача создания щелочных ТЭ, работающих на водороде и воздухе. Найдено эффективное и изящное решение сложной проблемы создания активного воздушного электрода. Для этого был использован разработанный «Квантом» гидрофобизированный электрод с газозапорным слоем, активность которого в процессе работы поддерживается за счет избытка воздуха (с коэффициентом Кn ~ 2,5‑3). Одновременно был решен комплекс электротехнических проблем, связанных с созданием системы электродвижения.

В 1982 году НПО «Квант» и заводом РАФ был создан первый в мире экспериментальный водородный микроавтобус «Квант-РАФ» с комбинированной энергоустановкой на основе водородо-воздушного ТЭ мощностью 2 кВт и никель-цинковой аккумуляторной батареи (5 кВт/ч), который был представлен на Москов-ской международной выставке «Электро-82» и прошел экспериментальную эксплуатацию. На основе полученного опыта специалисты НПО «Квант» совместно с венгерскими партнерами разработали технический проект городского автобуса с энергоустановкой на основе водородо-воздушных щелочных топливных элементов.

Однако этот проект, по тем же причинам, что и выпуск малой серии бензоводородных микроавтобусов, не был реализован.

Системы хранения водорода на борту

Создание систем хранения водорода на борту транспортных средств имеет ключевое значение для развития водородных технологий на транспорте. В 1980‑х годах в нашей стране были разработаны опытные образцы таких систем (металлогидридных, газобаллонных, криогенных). Для автомобилей, работающих на бензоводородных смесях, приемлема разработанная в ИПМаше комбинированная система аккумулирования водорода с использованием низкотемпературных и высокотемпературных гидридов интерметаллических сплавов на основе FeTiVa (70‑75 процентов) и Mg2Ni (25‑30 процентов). Такая система обеспечивает минимальные весовые характеристики аккумулятора водорода и полную десорбцию водорода за счет утилизации тепловых потерь двигателя с охлаждающей водой и выхлопными газами. Изготовленные и испытанные ИПМашем несколько опытных металлогидридных аккумуляторов для различных автомобилей («Волга» ГАЗ-24, «Жигули» ВАЗ-2101, автопогрузчик, микроавтобус РАФ) прошли опытную эксплуатацию в составе транспортных средств и показали вполне приемлемые технические характеристики и соответствие нормам безопасности при запасе хода бензоводородных автомобилей до 300 километров.

Металлогидридные системы хранения водорода вполне приемлемы для бензо-водородных автомобилей, автопогрузчиков, тракторов, подводных лодок, но по весовым характеристикам не подходят для транспорта, работающего на чистом водороде. Для таких автомобилей наиболее эффективны легкие композитные супербаллоны с весовым содержанием водорода примерно 8‑10 процентов при давлениях 300‑500 атмосфер. Такие баллоны были разработаны в России для авиационной техники и вполне могут быть использованы в автотранспорте.

Исследовались также и возможности создания криогенных систем хранения жидкого водорода на борту автомобиля. Экспериментальный автомобиль РАФ с криогенной системой хранения водорода испытан на полигоне НАМИ. По результатам этих работ в НПО «Криогенмаш» был разработан экспериментальный криогенный бак для хранения жидкого водорода на борту автомобиля. Однако дальнейшего развития после 1985 года эти работы не получили.

Еще не все потеряно

Несмотря на значительное снижение научно-технического потенциала страны в области новых водородных технологий в 1990‑е годы, наиболее дальновидным руководителям и коллективам исследователей в тяжелейших условиях крайне скудного финансирования удалось сохранить и продолжить работы по ряду перспективных направлений. Сохранилась эта тематика, хотя и при минимальном финансировании, в федеральных целевых программах Минпромнауки и программах НИОКР Минатома и Росавиакосмоса. Главными задачами сегодняшних отечественных разработок в области водородной энергетики и технологии являются создание компактных и дешевых топливных элементов (сегодня их стоимость превышает 10 тысяч долларов США за кВт) с ресурсом более 10 тысяч часов, надежных и дешевых систем хранения водорода на борту автомобиля, обеспечивающих запас хода 400‑500 километров, бортовых конверторов углеводородных топлив, усовершенствованных элементов инфраструктуры, новых и усовершенствованных технологий производства водорода и его использования в энергетике (в том числе автономной и основанной на возобновляемых энергоресурсах), авиационно-космической технике и других отраслях народного хозяйства, систем обеспечения безопасности.

В этих направлениях в последние годы получен ряд важных результатов. Созданы опытные образцы ТЭ с твердополимерным электролитом на базе отечественных мембран мощностью до 10 кВт, разрабатываются такие ТЭ мощностью до 200 кВт для автотранспорта, организовано опытное производство отечественных мембран на основе твердополимерного электролита, созданы компактные электролизеры с твердым полимерным электролитом на повышенные давления с энергопотреблением 3,9‑4,2
кВт/ч/нм3 h3 производительностью до 10 нм3/ч, компактные микроволновые конверторы природных топлив в синтез-газ производительностью до 20 нм3/ч, новая технология модификации полимерных мембран для выделения водорода из газовых смесей, обеспечивающая увеличение их селективности на несколько порядков, эффективные каталитические дожигатели водорода производительностью до 100 нм3/ч по водородсодержащему газу (РНЦ «Курчатовский институт» в кооперации с НПО «Пластполимер», ГУП «Компания МЭТИС» и др.), созданы и испытаны экспериментальные и опытно-промышленные устройства для использования водородных технологий в автономной и стационарной энергетике – водородо-кислородные парогенераторы мощностью до 25 МВт (ИВТАН, Центр Келдыша), энергоустановка на базе водородо-воздушного щелочного ТЭ мощностью около 6 кВт (ФГУП «НПП «Квант»», Independent Power Technology), разработаны новые интерметаллические соединения с емкостью по водороду до 2 процентов (весовых) и выше и организовано их опытное производство (Московский завод полиметаллов «Полимс», МГУ, ИХФ РАН и др.), новые типы блочных катализаторов на теплопроводных носителях для бортовых конвертеров углеводородных топлив и стационарных компактных конверторов (Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН), выполнены разработки усовершенствованного криогенного оборудования, обеспечивающего снижение энергозатрат при производстве жидкого водорода и потерь при его транспортировке, распределении и хранении (ОАО «Криогенмаш» и кооперация), усовершенствованных ДВС для работы на водороде и водородсодержащих топливах (НАМИ). В последнее время к разработкам отечественного водородного автомобиля подключились «АвтоВАЗ» и РКК «Энергия».

Этот далеко не полный перечень результатов последних лет показывает, что российская наука и техника даже в ее сегодняшнем состоянии пока еще способна решать сложные задачи создания новых водородных технологий для автотранспорта, авиации, ракетной техники, энергетики и других отраслей народного хозяйства.

В заключение следует отметить, что история водородной энергетики пишется и сейчас. Как положительный момент стоит отметить факт, что к освоению водорода подключились в последнее время и предприниматели. Согласитесь, без поддержки финансово‑промышленных структур о каком бы то ни было внедрении инноваций говорить бессмысленно. Так, например, особое внимание к проблемам водорода уделяла компания «Норильский никель». И даже если ее интерес лежал в строго коммерческой области, даже если деятельность компании в этом направлении вызывала скепсис многих ученых и не очень ученых мужей – факт сам по себе отрадный. Потому что для всех очевидно: водород как энергоноситель рано или поздно пробьет себе дорогу в будущее.

Топливо из воды: какой транспорт в Европе уже ездит на водороде

Как делают экологичное водородное топливо

Это топливо получают из воды. С помощью электричества ее расщепляют на основные элементы – водород и кислород. Если использовать для производства водорода альтернативную энергию (например, из солнца или ветра), то водород становится «зеленым» от и до: не только его использование, но и само производство не выбросит в атмосферу ни единого кубического миллиметра СО2.

Водород внутри транспортного средства превращается в электричество, которое и служит собственно топливом (как у электрокаров). А при сжигании водорода в атмосферу попадает только водяной пар.

В отличие от электроэнергии, водород можно хранить и использовать по мере необходимости. А кроме того, его производство не зависит от погодных условий, как энергия ветра или солнца.

Автомобили на водороде

В Европе уже ездит несколько сотен автомобилей на водороде. Их уже могло бы быть гораздо больше, но для них нужна инфраструктура – то есть заправочные водородные станции. Пока что их не хватает за немногими исключениями: например, Дания стала первой страной в мире с общенациональной сетью водородных заправок.

Поэтому в Евросоюзе в 2017 году запустили проект h3ME, который стал строить по всей Европе водородные станции. Заправить бак там можно за 3-5 минут, а затем проехать на этом топливе 400-600 километров. Пока таких заправок всего 50 в нескольких странах, но это только начало. Поэтому к 2027 году по Европе будут ездить уже сотни тысяч водородных автомобилей. А по прогнозам ReThink Energy, к 2040 году в Европе появится 17 миллионов автомобилей на водородных топливных элементах.

Начиная с 2035 года в странах Евросоюза больше нельзя будет купить автомобиль на бензине или дизеле – том топливе, которое выбрасывает в атмосферу парниковые газы. А к 2050 году в Европе вообще не останется «грязных» автомобилей. В первую очередь это будут электромобили, но и водородных будет достаточно. И не только автомобилей, но и легкого транспорта.

Так, во Франции изобрели скутер, работающий на водороде. Чтобы его заправить, нужно просто заменить разряженный картридж на заряженный и не зависеть от заправочной станции.

А еще французская компания Hopium разработала спортивный автомобиль на водородном топливе. Если все пойдет по плану, он сможет победить Tesla в гонке по снижению парниковых выбросов CO2. Французские спорткары выпустят в продажу в 2025 году, а пока что компания принимает предзаказы на первые 1000 автомобилей.

Поезда на водороде

С 2018 года в Германии можно сесть на первый в мире водородный поезд Coradia iLint. Он развивает скорость до 140 километров в час и может преодолеть почти тысячу километров без дозаправки – примерно столько же, сколько поезда на дизеле.

Пока что по Германии курсируют два водородных поезда. Разработчик этих поездов, французская компания Alstom, поначалу собиралась построить еще 14. Но поезда на водороде оказались настолько востребованными, что в 2020 году немецкие железнодорожные компании заказали уже 41 водородный поезд.

В Португалии тоже есть поезд на водороде, всего один, зато какой: винтажный Vouginha, на котором летом можно прокатиться в Порту. Этот исторический поезд ходит по последней оставшейся в Португалии узкоколейной железной дороге, а его вагоны сохранились с 1908 года.

Общественный транспорт на водороде

В европейских городах на маршруты начинает выходить водородный общественный транспорт – хотя и только в пилотном режиме.

Например, в Эстонии появились беспилотные микроавтобусы на водородном топливе, а по Риге ездят 10 троллейбусов, которые используют водород на случай отключения электричества или поломки. Такой троллейбус курсирует без дозаправки весь день, только к вечеру заезжая на пока что единственную в Риге заправочную станцию (на ней заправляются и частные авто).

Есть в Риге и водородный автобус – пока он ходит по одному маршруту в тестовом режиме: нужно оценить, сколько топлива ему понадобится зимой, когда потребуется отапливать салон. Через два года в Риге уже 12 автобусов будут ездить на водороде.

А в Копенгагене появились «водородные» такси. Таксопарк, правда, пока что небольшой — всего на 20 автомобилей.

Коммунальная техника тоже начала переходить на водород. Например, во Фрайбурге (Германия) появились два водородных мусоровоза.

Самолеты на водороде

Это пока дело будущего, но уже сейчас идут активные разработки водородных самолетов. Например, во Франции европейская компания Airbus создала три прототипа коммерческого самолета на водороде. Конструкция одного из них позволяет безопасно хранить водородное топливо, поэтому такой самолет сможет поднять в воздух до 200 человек для перелета на 3,7 тысячи километров — в отличие от двух других моделей, рассчитанных на 100 пассажиров при той же дальности маршрута.

Конструкторы того же Airbus разработали съемный водородный двигатель для самолетов, который позволит не зависеть от наземной инфраструктуры. Водородное топливо в него не закачивается, а устанавливается в переносных капсулах. Поэтому самолеты с такими двигателями смогут заправляться в аэропортах без устройств для подачи водородного топлива.

В прошлом году Евросоюз объявил новую инициативу RefuelEU: поиск решений для экологически чистой авиации. Теперь перед Евросоюзом стоит задача перевести до 1-2% европейских самолетов на «зеленое» топливо, в том числе на водород.

А хватит ли водорода для транспорта?

К 2030 году Евросоюз собирается ежегодно производить 40 гигаватт водородной энергии, а к 2050 году водород будет обеспечивать четверть всей потребности в энергии. Этого водорода хватит, например, чтобы обеспечить экологичным топливом 42 миллиона автомобилей, 1,7 миллиона грузовиков, около 500 тысяч автобусов и более 5,5 тысяч поездов. Это часть «Водородной стратегии для климатически нейтральной Европы»: там Евросоюз определил водород в качестве одной из шести ключевых стратегических областей, где необходимы серьезные инвестиции.

Где в Европе производят водород?

Пять стран Евросоюза делают серьезную ставку на производство водородной энергии: это Германия, Италия, Португалия, Испания и Франция.

Например, Германия к 2030 году собирается делать восьмую часть всего водорода в Евросоюзе. В Германии же через два года появится крупнейший в мире хаб для хранения «зеленого» водородного топлива.

А Испания хочет сделать водород главным источником энергии к 2050 году – и это позволит стране на 100% сократить выбросы углекислого газа. Через 9 лет Испания собирается производить 10% от общего объема в ЕС.

И прежде всего водород в Испании собираются использовать как транспортное топливо. В 2030 году в стране на водороде будут ездить 5 тысяч частных автомобилей, 150 автобусов и поезда на двух железнодорожных маршрутах. Причем не меньше 25% этого экологичного топлива должно приходиться на «зеленый» водород – выработанный без использования углеродных источников вроде нефти.

Исключительно «зеленый» водород будут делать на Майорке: этот испанский остров станет первым центром водородной энергетики в Средиземном море. Там будут тестировать инновационные подходы к производству «зеленого» водорода, и найденные решения потом можно будет применить и на других средиземноморских островах.

Чем больше водород будет заменять собой неэкологичное топливо, тем ближе Евросоюз окажется к своей цели сделать свою территорию климатически нейтральной.

Россия тоже решила не отставать от глобального тренда. Летом прошлого года Минэнерго разработало дорожную карту «Развитие водородной энергетики в России»: в частности, в 2024 году Газпром и Росатом начнут производить «зеленый» водород.

У Илона Маска твердые взгляды на водород. Не все согласны

Генеральный директор Tesla Илон Маск неоднократно высказывал твердые мнения о водороде и водородных топливных элементах.

Несколько лет назад, когда эта тема поднялась во время обсуждения с журналистами на Всемирном конгрессе автомобильных новостей, миллиардер и магнат электромобилей назвал водородные топливные элементы «чрезвычайно глупыми».

«Просто очень сложно… производить водород, хранить его и использовать в автомобиле», — сказал Маск.«В лучшем случае водородный топливный элемент не выигрывает у нынешних аккумуляторов, поэтому, очевидно… это не имеет смысла», — добавил он позже.

«Это станет очевидным в ближайшие несколько лет. У нас… нет причин для этих дебатов, я уже сказал… моя часть об этом, со временем это станет супер очевидным, я не знаю, что еще сказать».

За время, прошедшее после этих замечаний, взгляды Маска, похоже, не сильно изменились, если вообще изменились. В июне 2020 года он написал в Твиттере: «Топливные элементы = дурацкие продажи», добавив в июле того же года: «Водородные дурацкие продажи не имеют смысла.Маск не был сразу доступен, чтобы прокомментировать, изменились ли его взгляды на водород, когда он связался через Tesla с CNBC в понедельник. Агентство описывает транспортные средства на водородных топливных элементах, которые также известны как электромобили на топливных элементах, как «похожие на электромобили… в том смысле, что они используют электродвигатель вместо двигателя внутреннего сгорания для привода колес.»

Ключевое отличие заключается в том, что у электромобилей есть аккумуляторы, которые необходимо заряжать, подключая транспортное средство к точке зарядки. С другой стороны, автомобили на топливных элементах используют газообразный водород и, согласно EPA, «генерируют электроэнергию на борту». .»

Узнайте больше об электромобилях от CNBC Pro

Проще говоря, в топливных элементах газообразный водород из бака смешивается с кислородом, производя электричество.

Электромобиль на топливных элементах выделяет «только водяной пар и теплый воздух», У.Об этом сообщает Центр данных по альтернативным видам топлива при Министерстве энергетики США.

Разнообразие взглядов

Маск не одинок в своем неуверенном отношении к использованию водорода в автомобилях.

В феврале этого года по этому поводу высказался Герберт Дисс, генеральный директор немецкой автомобильной компании Volkswagen Group.

«Политикам пора принять науку», — написал он в Твиттере. «Зеленый водород необходим для сталелитейной, химической, аэрокосмической промышленности… и не должен попадать в автомобили. Слишком дорогой, неэффективный, медленный и сложный в развертывании и транспортировке.В конце концов: никаких #водородных автомобилей в поле зрения.»

Хотя на эти продукты, очевидно, не приходится большая часть продаж автомобилей в данный момент — Riversimple на самом деле не будет продавать свои автомобили, вместо этого предлагая их по подписке — тот факт, что такое количество компаний вообще работает над предложениями топливных элементов, показывает, что некоторые видят потенциал в этой технологии.

«Автомобили на топливных элементах, безусловно, сыграют свою роль в обезуглероживании транспорта», — сказал CNBC представитель Toyota. и когда заправочная инфраструктура расширится, они предложат удобную альтернативу электрифицированному транспорту вместо полностью электрического BEV [электромобилей с батарейным питанием]», — сказали они.

Toyota рассматривала водород «как альтернативу ископаемому топливу во всех сферах, включая отопление, освещение, перевозки, общественный транспорт и тяжелую промышленность», — сказал представитель.

«Диапазон применения водорода будет расширяться, обеспечивая более дешевое и эффективное энергоснабжение, и мы будем все чаще видеть водородные двигатели для автомобилей, автобусов, поездов и грузовиков», — добавили они.

В заявлении, направленном CNBC, Ассоциация топливных элементов и водородной энергетики выразила аналогичную точку зрения.

Электромобили на топливных элементах и ​​водородная энергия, по словам FCHEA, предлагали клиентам «вариант с нулевым уровнем выбросов с ожидаемой производительностью и отсутствием изменений в повседневной жизни — большой радиус действия, быстрая дозаправка и возможность масштабирования до более крупных платформ без добавления ограничительных вес и размер».

Далее FCHEA сообщило, что существуют «огромные возможности для электромобилей на топливных элементах и ​​погрузочно-разгрузочных транспортных средств на топливных элементах».

«Кроме того, учитывая ограничения по весу аккумуляторов и подзарядке для дальнемагистральных грузовиков, также существуют значительные возможности для фургонов средней и большой грузоподъемности, грузовиков, автобусов, поездов и самолетов», — говорится в сообщении.

Действительно, в то время как правительства всего мира пытаются разработать транспортные системы с низким и нулевым уровнем выбросов, идея использования водородных топливных элементов в более крупных транспортных средствах начинает изучаться широким кругом компаний.

Узнайте больше о чистой энергии от CNBC Pro

В недавнем интервью CNBC генерального директора Daimler Truck спросили о дебатах между электрическими батареями и водородными топливными элементами. Баланс, утверждал Мартин Даум, был ключевым моментом.

«Мы выбираем оба варианта, потому что оба… имеют смысл», — сказал он, продолжая объяснять, насколько разные технологии подходят для разных сценариев.

«В общем, вы можете сказать: если вы идете в городскую доставку, где вам нужно меньше энергии, вы можете заряжать в течение ночи в депо, то это, безусловно, аккумуляторная батарея», — сказал Даум.

«Но в тот момент, когда вы находитесь в пути, в тот момент, когда вы едете из Стокгольма в Барселону… на мой взгляд, вам нужно что-то, что вы можете лучше транспортировать и где вы можете лучше заправляться, и это, в конечном счете, h3.»

«Решение еще не вынесено, но я думаю, что для компании нашего размера слишком рискованно использовать только одну технологию.

Универсальность

Комментарии Даума о топливных элементах затрагивают идею о том, что они могут, в конце концов, найти свое место в более тяжелых видах транспорта, преодолевающих большие расстояния, перевозящих грузы и, в некоторых случаях, перевозящих людей из одного пункта назначения в другой.

Он не одинок в своем мнении.Европейский транспортный гигант Alstom, например, разработал Coradia iLint, который он описывает как «первый в мире пассажирский поезд, работающий на водородном топливном элементе». В октябре было объявлено о коммерческих водородно-электрических рейсах между Лондоном и Роттердамом, и те, кто стоит за проектом, надеются, что он поднимется в небо в 2024 году.

В сфере строительства компания JCB, крупный игрок в этом секторе, заявила в прошлом году, что разработала экскаватор, «работающий на водородном топливном элементе».

При весе 20 метрических тонн компания заявила, что автомобиль тестировался более 12 месяцев, добавив, что «единственный выброс из выхлопных газов — это вода».

Задачи

Несмотря на то, что использование технологии водородных топливных элементов в различных приложениях вызывает воодушевление, путь к любому массовому внедрению может быть не всегда гладким.

Ранее в этом году Honda прекратила производство своих подключаемых гибридных моделей Clarity и моделей на топливных элементах, хотя компания подчеркнула, что электромобили на топливных элементах будут «играть ключевую роль в нашей стратегии нулевого уровня выбросов».

В другом месте правительство США назвало ряд проблем. Они варьируются от долговечности и надежности топливных элементов до стоимости автомобиля.

«Существующая инфраструктура для производства и доставки водорода потребителям еще не может обеспечить широкое внедрение FCV», — добавляет он.

В феврале 2020 года базирующаяся в Брюсселе группа кампании «Транспорт и окружающая среда» заявила о том, с какой конкуренцией столкнется водород в транспортном секторе.

T&E подчеркнула, что зеленый водород, который производится с использованием возобновляемых источников энергии, должен не только «конкурировать с серым и голубым водородом», который производится с использованием ископаемого топлива. «Он будет конкурировать с бензином, дизельным топливом, судовым мазутом, керосином и, конечно же, электричеством», — сказали в T&E.

«Везде, где аккумуляторы являются практичным решением — легковые автомобили, фургоны, городские, региональные и, возможно, дальнемагистральные грузовики, паромы — водород столкнется с тяжелой борьбой из-за его более низкой эффективности и, как следствие, гораздо более высоких затрат на топливо.

Преодоление разрыва между аккумуляторными электромобилями и автомобилями на топливных элементах будет огромной задачей, как отмечается в Global EV Outlook 2021 Международного энергетического агентства. чем электромобили в качестве водородных заправочных станций … не являются широко доступными и, в отличие от электромобилей, не могут быть заряжены дома».

Когда дело доходит до автомобилей, электромобили на аккумуляторных батареях занимают сильную позицию благодаря таким фирмам, как Tesla, лидирующим, но путь к успеху никогда не бывает прямым. Наблюдайте за этим пространством.

Исследование подтверждает то, что здравый смысл подсказывал годами: водородные топливные элементы не могут догнать аккумуляторные электромобили

Новое исследование, опубликованное в рецензируемом журнале Nature , подтвердило то, что здравый смысл ясно подсказывал в течение многих лет: автомобили на водородных топливных элементах вряд ли догонят электромобили на батареях — даже для коммерческих грузовиков.

Автомобильная промышленность разделилась во мнениях относительно решений по удалению выбросов из своей продукции.

Большинство сделали ставку на электромобили с аккумуляторными батареями (BEV), но некоторые автопроизводители настаивали на попытке заставить работать водородные силовые агрегаты на топливных элементах.

Toyota, Hyundai и GM наиболее упорно отказывались от технологии, которая также может обеспечить транспорт с нулевым уровнем выбросов, но гораздо менее эффективна, чем электромобили.

Для легковых автомобилей игра на топливных элементах (FCEV) уже окончена.

Некоторые из крупнейших программ FCEV в мире, такие как Toyota Mirai и Hyundai Nexo, не получили никакой реакции спустя годы и миллиарды, вложенные в них.

Помимо того, что полный энергетический цикл электромобилей FCEV намного менее эффективен (в три раза менее эффективен, как показано на диаграмме ниже), основной проблемой, по-видимому, является инфраструктура.

Как у BEV, так и у FCEV есть проблемы с инфраструктурой, но у BEV есть большое преимущество, заключающееся в том, что они должны опираться на уже разветвленную инфраструктуру электросетей, при этом практически каждая электрическая розетка в мире может быть потенциальной зарядной станцией.

Единственная проблема состоит в том, чтобы построить более традиционные станции быстрой зарядки, что не является легкой задачей, но все же намного проще, чем создание целой индустрии производства, транспортировки, хранения и распределения водорода.

Кроме того, в большинстве случаев зарядка электромобилей производится дома в ночное время, чего нельзя сказать о транспортных средствах на водородных топливных элементах.

Там, где у FCEV все еще был шанс, были коммерческие грузовики, но теперь новое исследование даже бросает тень на это.

Новое исследование Патрика Плетца из Фраунгоферовского института системных и инновационных исследований ISI, Карлсруэ, Германия, опубликовало новое исследование в журнале Nature .

В исследовании, озаглавленном «Водородные технологии вряд ли сыграют важную роль в устойчивом дорожном транспорте», на основе данных показано, что автомобили на водородных топливных элементах вряд ли когда-либо догонят электромобили на батареях:

Техническое и экономическое развитие аккумуляторных батарей и технологий быстрой зарядки вскоре может сделать электромобили на топливных элементах, работающие на водороде, излишними для автомобильного транспорта.

Исследование указывает на то, что даже коммерческие грузовики вряд ли дадут силовым агрегатам на топливных элементах шанс в долгосрочной перспективе:

Текущей проблемой для аккумуляторных электромобилей является логистическая эксплуатация на большие расстояния (в среднем 100 000 км в год) и перевозка очень тяжелых грузов (что подразумевает высокое потребление энергии на километр).Это вариант использования, который часто обсуждается для водородных грузовиков. Несколько производителей грузовиков, а также поставщики топливных элементов и инфраструктуры объединили свои усилия и объявили о своей цели к 2030 году вывести на европейские дороги 100 000 грузовиков на топливных элементах. производство коммерческих серий электрогрузовиков на топливных элементах намечено на 2027 год. К этому времени аккумуляторно-электромобили второго поколения уже будут серийно выпускаться и эксплуатироваться.

Некоторые производители грузовых автомобилей, такие как Nikola Motors, заявляют, что серийные полуприцепы FCEV будут доступны раньше, чем в 2027 году (2023–2024 годы), но даже они медленно продвигаются в сторону аккумуляторных электромобилей.

Сначала компания начинала как компания по производству грузовиков, работающих на природном газе, затем она перешла на водородные автомобили на топливных элементах, затем на смесь водородных топливных элементов и аккумуляторных батарей, и сегодня первым грузовиком компании на рынке является аккумуляторный электрический грузовик – годы вперед. его программы FCEV.

В исследовании отмечается, что с появлением нового стандарта зарядки электромобилей в мегаваттах и ​​достижений в технологии аккумуляторов следующее поколение электрогрузовиков, скорее всего, оставит позади водородные автомобили на топливных элементах.

Как вы думаете, есть ли у водородных топливных элементов шансы на успех? Дайте нам знать в разделе комментариев ниже.

FTC: Мы используем автоматические партнерские ссылки, приносящие доход. Подробнее.


Подпишитесь на Electrek на YouTube, чтобы получать эксклюзивные видео и подписывайтесь на подкасты.

Что эффективнее? Водород или аккумулятор?

Но есть и эмоциональные проблемы: Страх перед дальностью действия и быстрая зарядка. Авторы исследования убеждены, что обе эти проблемы будут решены и больше не будут сдерживать распространение электромобилей на фазе вытягивания с 2023/2025 гг. Диапазоны будут увеличиваться, больше точек зарядки, в том числе точек быстрой зарядки, сведет к минимуму страх оказаться в затруднительном положении. Наконец, есть дискуссия о фактической экономии CO 2 : поскольку электричество, используемое для производства электромобилей, все еще «грязное», по крайней мере, не везде экологически чистое, электромобиль сегодня имеет сравнительно большой «рюкзак», когда он производится.Исследования подсчитали, что он экономит больше CO 2 , чем двигатель внутреннего сгорания только после более чем 100 000 километров пробега (производство и эксплуатация). Согласно исследованию, это тоже изменится в пользу электромобилей в течение следующих нескольких лет: больше «зеленой» электроэнергии при производстве электромобилей и аккумуляторов постепенно сделает этот «первоначальный рюкзак» меньше, а электромобиль будет экономить больше. CO 2 , быстрее. Компания Horváth & Partners также столкнулась с критикой многих сторонников водорода за то, что следует принимать во внимание так называемое темное затишье в работе батареи.Темное затишье означает время, когда электричество не может быть выработано из-за темноты и/или штиля. Для этого к соответствующей дополнительной потребности добавлялась первичная потребность батареи в энергии.

Остается самая интересная часть исследования: какая энергия имеет наибольшую эффективность и является наиболее рентабельной для вождения электромобилей? Аккумулятор или водород?
В электромобилях с батарейным питанием только восемь процентов энергии теряется во время транспортировки, прежде чем электричество накапливается в батареях транспортных средств.Когда электрическая энергия, используемая для привода электродвигателя, преобразуется, теряется еще 18 процентов. Это дает электромобилю с батарейным питанием уровень эффективности от 70 до 80 процентов, в зависимости от модели.

У электромобиля на водороде потери значительно больше: 45 процентов энергии уже теряется при производстве водорода путем электролиза. Из оставшихся 55 процентов исходной энергии еще 55 процентов теряются при преобразовании водорода в электричество в автомобиле.Это означает, что электромобиль с водородным двигателем достигает КПД только от 25 до 35 процентов, в зависимости от модели. Для полноты картины: при сжигании альтернативных видов топлива эффективность еще хуже: всего 10-20 процентов общей эффективности.

«В дополнение к очень реальному потенциалу зеленого водорода в настоящее время существует опасная реклама», — предупреждают эксперты из консалтинговой компании Boston Consulting Group (BCG) в новом исследовании, цитируемом Handelsblatt. К таким же выводам приходит и исследование Horváth&/Partners.

Авторы исследования пришли к выводу, что вместо того, чтобы тратить миллиарды на видение водородного общества, инвестиции в эту многообещающую технологию должны быть сосредоточены на приложениях, в которых они также имеют экономический смысл. «Мы считаем, что существует большой потенциал, если зеленый водород будет продвигаться в приложениях, в которых он действительно может закрепиться в долгосрочной перспективе. Прежде всего в промышленности, а также в сфере тяжелых грузов, воздушных и морских перевозок», — говорит Франк Клоуз, соавтор исследования.

Вывод ясен: электромобили на топливных элементах имеют много преимуществ (дальность пробега, быстрая заправка, отсутствие тяжелой батареи на борту), но один решающий недостаток: они сравнительно неэффективны — как с точки зрения экономичности, так и с точки зрения стоимости.«Ни одна устойчивая экономика не может позволить себе использовать в два раза больше возобновляемой энергии для автомобилей на топливных элементах вместо автомобилей с батарейным питанием», — говорит руководитель исследования Дитмар Фоггенрайтер. Водород можно было использовать только в нишах, в грузовиках и автобусах и на больших расстояниях. Решающую роль здесь играют вес батареи, запас хода и время заправки. Она чрезвычайно возрастает с ростом емкости, что делает аккумуляторы неинтересными даже для грузовых автомобилей. Кроме того, существующие заправочные станции для грузовиков могут быть преобразованы в сеть водородных заправочных станций с управляемыми усилиями из-за их меньшего количества.

И что от этого выигрывает потребитель? Ясно одно: электромобили с водородным двигателем будут становиться все более дорогими в эксплуатации, чем автомобили с батарейным питанием, не только с точки зрения покупки, но и с точки зрения эксплуатации. Двойная потребность в первичной энергии для транспортных средств с водородным двигателем по сравнению с транспортными средствами с батарейным питанием отразится на потребительских ценах. Водители уже платят от девяти до двенадцати евро за 100 километров за автомобили с водородным двигателем, но только от двух до семи евро за 100 километров (в зависимости от цен на электроэнергию в отдельных странах) за электромобили с батарейным питанием, в зависимости от индивидуальных особенностей. привычки передвижения.

Это должно прояснить, что большинство потребителей будет покупать в будущем….

Компания

Horváth & Partners даже приняла к сведению критику многих сторонников водорода о том, что следует принимать во внимание так называемый период темного затишья. Темное затишье означает время, когда электричество не может быть выработано из-за темноты и/или безветренных условий. Для этого к соответствующей дополнительной потребности добавлялась первичная потребность батареи в энергии.

Почему Калифорния тратит миллионы на водородное топливо…

В 2016 году я сообщил о строительстве двухдолларовой банкноты.8 миллионов водородный насос для электромобилей на топливных элементах на моей местной заправке.

Сейчас 2022 год, и спустя почти 2000 дней этот насос еще не выдал в коммерческих целях ни одной молекулы водорода, по словам техника, работающего над насосом, и сотрудника заправочной станции, у которых я недавно брал интервью. Раньше я жил всего в нескольких сотнях ярдов от этой конкретной заправки на бульваре Скайлайн в Вудсайде, штат Калифорния, – горной дороге с эпическими видами, которая привлекает мотоциклистов, туристов и велосипедистов толпами.

Траектории роста аккумуляторных электромобилей и автомобилей на топливных элементах резко разошлись за эти шесть лет. Аккумуляторные электромобили быстро становятся мейнстримом. Автомобили на топливных элементах так же нишевы, как и прежде, а инфраструктура для их поддержки по-прежнему очень ограничена и очень дорога.

Подпишитесь, чтобы получать последние новости Canary

В гонке за то, чтобы стать экологически чистыми автомобилями будущего, модели на топливных элементах проигрывают решительно. Так почему же штат Калифорния до сих пор тратит десятки миллионов долларов на эту технологию?

Наше будущее автомобилей с нулевым уровнем выбросов

Транспортные средства на топливных элементах используют водород в качестве источника топлива и производят нулевые выбросы в выхлопной трубе, только водяной пар и тепло.

Калифорнийская энергетическая комиссия (CEC) инвестировала почти 166 миллионов долларов и планирует инвестировать в общей сложности 279 миллионов долларов в рамках своей Программы чистого транспорта для создания сети из более чем 100 водородных заправочных станций для поддержки все более маловероятного всплеска топлива с нулевым уровнем выбросов. сотовые электромобили.

По состоянию на 22 октября 2021 года в Калифорнии насчитывалось 52 открытые розничные заправочные станции для водорода, финансируемые Программой чистого транспорта, Целевым фондом смягчения последствий Volkswagen и частным сектором.Финансирование программы CEC осуществляется за счет дополнительных сборов за регистрацию транспортных средств, а также сборов за проверку смога и номерных знаков. По данным Министерства энергетики США, в других 49 штатах есть только одна водородная станция в Гонолулу, Гавайи.

Финансирование CEC для водородной инфраструктуры было передано ряду частных компаний, включая Air Liquide, FirstElement Fuel, HyGen Industries, Institute of Gas Technology, ITM Power, Linde и Hydrogen Technology & Energy Corporation (HTEC).

Компания HTEC построила мой местный водородный насос и получила финансирование CEC на общую сумму 2 125 000 долларов США из общей суммы 2 доллара США.Согласно общедоступным данным, 8 миллионов потребовалось для реконструкции существующей заправочной станции, чтобы обеспечить ежедневную производительность водорода примерно в 100 килограммов. (Электромобиль Toyota Mirai на топливных элементах вмещает 5,6 кг в своих резервуарах для хранения.) Предполагается, что станция будет получать поставки газообразного водорода, а также производить собственный водород с помощью небольшого электролизера на месте. CEC также предоставит субсидию в размере до 100 000 долларов США в год в течение трех лет, чтобы помочь покрыть расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание станции.

Я обратился к Колину Армстронгу, генеральному директору компании HTEC, базирующейся в Британской Колумбии, чтобы подтвердить, что насос еще не работает, и выяснить, почему это заняло так много времени.Он ответил по электронной почте: «Мы рады, что снова добились прогресса на станции Вудсайд. В настоящее время мы проводим необходимое техническое обслуживание и оцениваем сроки ввода в эксплуатацию. Это была первая станция HTEC, и, как и любое новое предприятие, станция столкнулась с общими эксплуатационными трудностями, которые мы смогли решить. […] Построив несколько станций в Канаде, мы готовы сосредоточиться на станции Вудсайд и ввести ее в эксплуатацию как можно скорее».

Когда насос, наконец, заработает, водородное топливо, которое он будет продавать, может быть даже не таким уж чистым.По данным ЦИК, «водород, продаваемый через заправочные станции, финансируемые ЦИК, должен на 33% состоять из возобновляемых источников», то есть производиться из биогаза или электролиза воды с использованием возобновляемых источников энергии. Иными словами, водород в программе чистого транспорта может быть грязным на 67 процентов.

Посчитайте

CEC заявляет на своем веб-сайте, что электромобили на водородных топливных элементах «имеют решающее значение для достижения цели штата по созданию 1,5 миллиона автомобилей с нулевым уровнем выбросов на дорогах Калифорнии к 2025 году.«Но ЦИК ошибается в этом вопросе; Штат легко выполнит задачу ЦИК, используя только аккумуляторные электромобили. По состоянию на декабрь 2021 года общее количество регистраций подключаемых автомобилей в штате с 2010 года составило 1,072 миллиона единиц. По данным Калифорнийского партнерства по топливным элементам, по состоянию на 1 февраля 2022 года во всей стране насчитывается всего 12 456 автомобилей на топливных элементах.

Окно возможностей использования водородных топливных элементов для легковых автомобилей прошло, для грузовых автомобилей оно уменьшилось

Момент, когда легковые автомобили на водородных топливных элементах стали основным топливом на транспорте, прошел, и окно возможностей закрывается и для большегрузных грузовиков. , согласно новому исследованию, опубликованному как «комментарий» в Nature Electronics (через Заряженные электромобили ).

Автор исследования из Института системных и инновационных исследований им. Фраунгофера, утверждающий, что у него нет конкурирующих интересов, утверждает, что увеличение запаса хода и возможности зарядки аккумуляторных электромобилей свело на нет основные преимущества автомобилей на топливных элементах — долгое время запас хода и быстрая заправка. Он утверждает, что теперь политики должны сосредоточить все усилия на продвижении электромобилей.

В исследовании отмечается, что

электромобилей уже распространяются быстрее, чем автомобили на топливных элементах.В начале 2021 года на дорогах было около 25 000 легковых автомобилей на топливных элементах, две модели в продаже (Hyundai Nexo и Toyota Mirai) и около 540 водородных заправок по всему миру. Для сравнения, автор исследования прогнозирует, что к началу 2022 года на дорогах, вероятно, будет около 15 миллионов аккумуляторных электрических и подключаемых гибридных автомобилей.

2021 Hyundai Nexo

Даже в сфере грузоперевозок, где потребность в больших аккумуляторных батареях была ограничивающим фактором, электромобилей на батареях больше, чем автомобилей на топливных элементах, говорится в исследовании.Однако, согласно исследованию, запас хода электромобиля все еще может быть слишком ограниченным для дальнемагистральных перевозок, что потенциально может обеспечить нишу для топливных элементов.

Предлагаемые мегаваттные зарядные системы могут вернуть преимущество электромобилям, но, согласно исследованию, пока неясно, будут ли они дешевле, чем водород. В исследовании отмечается, что общая стоимость владения в конечном итоге станет определяющим фактором в вопросе о том, какие топливные элементы или аккумуляторы будут доминировать в грузоперевозках.

«Политики и промышленность должны быстро решить, достаточно ли велика ниша электрических грузовиков на топливных элементах, чтобы поддерживать дальнейшее развитие водородных технологий, или пришло время сократить свои потери и сосредоточить усилия на других вещах», — заключает документ.

Полуприцеп Hyundai Xcient Fuel Cell будет использоваться на испытаниях в Калифорнии

Но это еще не все плохие новости для водорода. Авторы считают, что у топливных элементов большое будущее в авиации, судоходстве и сталеплавильном производстве. Только не легковые и не грузовые.

По крайней мере, некоторые автопроизводители разделяют эту точку зрения. Volkswagen объяснил, почему топливные элементы не имеют смысла в автомобилях. General Motors также закрыла дверь для технологии в легковых автомобилях, но видит в ней будущую технологию для грузовых автомобилей и военного использования.Он также рассматривает водород для портативных генераторов и, по иронии судьбы, для быстрой зарядки электромобилей.

Не каждый автопроизводитель отказывается от автомобилей на водородных топливных элементах. У Kia и Hyundai есть технология топливных элементов в их дорожной карте, как и у Toyota.

Калифорнийская энергетическая комиссия также опубликовала радужный прогноз: ожидается, что технология топливных элементов достигнет ценового паритета с бензином к 2025 году. Это основано на самой энергии, а не на технологии транспортных средств или стоимости заправочных станций.

водородных автомобилей против электромобилей: что более экологично?

Опубликовано 2 мая 2019 г. nd

Являются ли водородные автомобили более экологичными, чем электромобили? Являются ли водородные автомобили лучшей альтернативой мобильности будущего? Они не выделяют CO2 во время движения — значит ли это, что они не загрязняют окружающую среду? Узнайте основы об автомобилях с водородным двигателем и о том, как сегодня лучше всего защитить окружающую среду.

Как работают водородные и электрические автомобили

Автомобиль на водородных топливных элементах имеет водородный бак, который питает топливный элемент газообразным водородом под высоким давлением, который смешивается с кислородом. Эта смесь запускает электрохимическую реакцию, в результате которой вырабатывается электричество для питания электродвигателя. Это означает, что водородные автомобили имеют характеристики как электромобилей (из-за использования электроэнергии и двигателя), так и обычных бензиновых автомобилей (из-за бака). Тем не менее, они представляют уникальную долю рынка транспортных услуг, и их также называют FCV (автомобили на топливных элементах) или FCEV (электромобили с полными элементами).

Топливные элементы являются основным компонентом автомобилей с водородным двигателем. Думайте о них как о маэстро всех процессов, происходящих внутри автомобиля, чтобы у него была энергия для движения. Короче говоря, топливные элементы превращают хранящийся газообразный водород (смешивая его с кислородом) в электричество. Затем это электричество используется для питания электродвигателя, приводящего в движение автомобиль, без каких-либо токсичных выбросов выхлопных газов. Фактически единственным побочным продуктом всего процесса является вода и тепло в результате соединения атомов водорода и кислорода, образующих молекулы h30.Я знаю — это кажется идеальным, не так ли?

С другой стороны, электромобили (ЭМ) приводятся в действие электродвигателями, потребляющими ток от аккумуляторной батареи или других портативных источников электроэнергии. Когда они двигаются, никакой химической реакции тоже не происходит, только электрическая благодаря силовым батареям, которыми они были ранее заряжены. Но какой из них более экологичен и устойчив? Электромобили или автомобили на водороде? Прежде чем делать окончательные выводы, давайте сначала рассмотрим наиболее важные характеристики каждого типа транспортных средств.

Плюсы и минусы водородных и электрических автомобилей

Водородные автомобили против электромобилей: тренировочное поле

Hyundai Nexo (с водородным двигателем) может проехать около 330 миль или 550 км, что примерно столько же, сколько у электрической Tesla Model S, лучшей в своем роде. Тем не менее, трудно точно определить запас хода этих автомобилей. Это зависит от ряда показателей, таких как количество пассажиров, которых везет автомобиль, включен или выключен кондиционер, находится ли автомобиль на шоссе или застрял в пробках в центре города, тип самого транспортного средства. … Вот почему разные люди сообщают о разном опыте из-за уникального сочетания всех этих переменных.Однако, поскольку водородные автомобили плотно упаковывают свои накопители энергии, они обычно могут преодолевать большие расстояния. По данным AutomotiveTechnologies, в то время как большинство полностью электрических транспортных средств могут проехать от 100 до 200 миль на одной зарядке, водородные могут проехать до 300 миль.

Автомобили на водороде против электромобилей: доступная мощность/заправочные станции

Количество электростанций для электромобилей растет с каждым днем, и к декабрю 2018 года в США насчитывалось 20 000 электрических зарядных станций.По данным Министерства энергетики США, это большое число по сравнению с менее чем 45 водородными заправочными станциями в США, большинство из которых находится в районе Калифорнии. Действительно, инфраструктура, поставка и технология водородных автомобилей все еще на годы отстают от электромобилей.

Автомобили на водороде против электромобилей: время включения/заправки

Время, необходимое для закачки водорода в бак, намного интереснее (5-10 минут, как у любого бензинового автомобиля), чем у электромобилей.В то время как быстрые зарядные устройства Tesla (мощностью 120 кВт) заряжают аккумуляторы на 80% за полчаса, BMW i3 или Nissan Leaf могут полностью зарядиться за 4 или 8 часов соответственно. В конце концов, время работы электромобилей, очевидно, зависит от зарядной станции и типа зарядного разъема. Но какой бы ни была комбинация, и даже с последним нагнетателем Tesla V3, который все еще находится в стадии бета-тестирования в Сан-Франциско, это явная победа водородного автомобиля — и все потому, что 1 кг водорода хранит в 236 раз больше энергии, чем 1 кг лития. ионные аккумуляторы.

Настоящая проблема: получение водорода

Хотя водород является наиболее распространенным элементом во Вселенной, он не существует в чистом виде на Голубой планете. Это означает, что если мы хотим использовать его в качестве топлива для наших автомобилей, нам нужно производить его из других соединений, таких как вода, природный газ или другое ископаемое топливо или биомасса. А для этого необходимо использовать энергию и учитывать экологические и экономические затраты.

С одной стороны, мы можем получить водород чистым способом, обращая процесс электролиза воды.Проблема в том, что этот процесс разделения молекул h3O для получения водорода затрачивает большое количество энергии, что делает его очень дорогим процессом. Однако, если эта энергия может поступать из возобновляемых источников энергии, таких как солнце или ветер, чистый энергетический цикл может стать очень низкоуглеродным, а процесс станет более экологически чистым. Однако другая ситуация связана с эффективностью процесса, которая составляет всего 75% и допускает 25% потерь электроэнергии.

Вот почему в настоящее время большая часть водородного топлива получается в процессе риформинга природного газа, который дешевле, чем электролиз.Обратной стороной является то, что в процессе образуются вредные побочные продукты, такие как двуокись и окись углерода, что способствует глобальному потеплению. Кроме того, хотя утечки метана при добыче природного газа случаются реже, это не редкость. И эти молекулы не только в 86 раз хуже, чем CO2, поскольку они ответственны за около 25% глобальных выбросов парниковых газов. Процесс добычи природного газа – фрекинг – обычно также оказывает значительное воздействие на окружающую среду и может нанести вред экосистемам, биоразнообразию, загрязнить воду и вызвать небольшие землетрясения.

Некоторые преимущества автомобилей с водородным двигателем

Автомобили с водородными топливными элементами вместо типичных литий-ионных аккумуляторов от электромобилей предлагают привлекательное ценностное предложение, которое, кажется, избавляет от проблемы конца жизненного цикла литиевых аккумуляторов. Это плюс на данный момент, когда все еще есть некоторая неопределенность в отношении будущего этих батарей (от автомобилей, но также и от солнечных батарей, мобильных телефонов и других), когда они перестанут служить своему основному назначению.Их трудно перерабатывать, и разрабатываются проекты по их повторному использованию в качестве резервных генераторов в городских зданиях, таких как больницы.

Кроме того, вождение без каких-либо загрязняющих выбросов (как это произошло бы, если учесть, что сети возобновляемых источников энергии растут во всем мире с декарбонизацией) с плюсом быстрой дозаправки за 5-10 минут по сравнению с лучшим сценарием 40-минутной зарядки или наиболее Обычный сценарий зарядки электромобилей в течение 3–6 часов — бесспорная победа и для движения за водородную мобильность.

Некоторые исследования также показывают, что водородная экономика может снизить глобальные выбросы CO2-экв от 0 до 27%. Этот потенциал может быть реализован, если 1) м утечек этана из природного газа относительно невелики, 2) крекинг метана используется для производства водорода и 3) применяется водородный топливный элемент .

Электромобили против автомобилей на водороде — что более экологично?

Несмотря на упомянутые выше преимущества, сегодня большая часть водорода (95% в США) производится в процессе риформинга метана.Это разрушает весь потенциал водородных транспортных средств как решения для борьбы с изменением климата из-за угарного газа и двуокиси углерода, которые образуются в процессе. Кроме того, не очень убедительна необходимость использования природного газа (ископаемого топлива), который может улетучиваться на этапе добычи и транспортировки (по трубопроводам). Даже если процесс крекинга метана улучшится (а усилия не направлены на это), вряд ли это будет долгосрочным решением.

Тем не менее, по мере развития технологий, возможно, процесс электролиза воды для получения водорода можно будет улучшить и использовать в дальнейшем, поскольку процесс становится более эффективным.Потому что тот факт, что водородные автомобили подразумевают двойное использование энергии (чтобы произвести водород, а затем использовать его для питания транспортных средств), в то время как электромобили могут сразу использовать энергию из сети, является сильным аргументом в пользу электромобилей. Все потому, что после преобразования электричества в водород и обратно в электричество может возникнуть потеря энергии до 45 % (включая сжатие ее в жидкость и ее хранение), что делает этот процесс не очень эффективным.

Однако, пока разрабатываются новые методы производства водорода, такие как протонообменная мембрана, эффективность которой, по мнению ученых, может достигать 86%, нам нужно подождать и посмотреть, что произойдет.Использование дополнительного источника энергии для производства водорода и создание какой-либо гибридной версии водородно-литий-ионных автомобилей также может быть чем-то, как только появятся новые исследования, выясняющие, является ли эта избыточная энергия более эффективной для использования в плотинах (не учитывая их другие воздействия) или производя водород. На сегодняшний день электромобили являются более доступным транспортным средством — относительно разных типов автомобилей и точек зарядки. Они включают в себя более эффективные процессы по сравнению с автомобилями, работающими на водороде, и если их литиевые батареи повторно используются для достижения различных целей, они предпочитают оставаться более устойчивым решением, по крайней мере, в течение следующих нескольких лет.

Изображение предоставлено водородному автомобилю на Shutterstock, водородному топливу на Shutterstock, газопроводу на Shutterstock, электромобилю на Shutterstock и топливным элементам на Shutterstock

водородных автомобилей выехали на шоссе

Летом 2014 года Шелли Беннеке, 38-летняя руководитель компании из Лагуна-Бич, штат Калифорния, сменила свой седан BMW 5 Series на водородный автомобиль Hyundai Tucson.

«Я поняла, что мне нужно начать думать о выбросах и окружающей среде», — говорит Беннеке, активная участница триатлона, которая хотела внедорожник, достаточно большой для ее велосипедов и досок для серфинга.

Беннеке — один из нескольких тысяч автомобилистов, которые сегодня ездят на автомобилях с водородными топливными элементами. Но после многих лет фальстартов их число может резко возрасти при поддержке правительств, производителей автомобилей и сети заправочных станций.

В частности, производители автомобилей, в том числе корейская Hyundai и японская Toyota, начинают проникать на рынок.

Toyota, например, выпустила свой первый коммерческий водородный автомобиль под названием Mirai, или «будущее», в Японии в конце 2014 года, и, по словам Крейга Скотта, национального менеджер по передовым технологиям Toyota USA в Лос-Анджелесе.Компания запустит автомобиль в США и Европе в 2015 году и рассчитывает продать около 3000 автомобилей в течение следующих трех лет только в США, добавляет Скотт.

Цены становятся доступными для большего числа автомобилистов. В США стоимость автомобиля на водородном топливе сейчас составляет менее 60 000 долларов.

Обычная кромка

Сторонники водорода говорят, что автомобили на топливных элементах имеют преимущество перед аккумуляторными электромобилями в мире с низким уровнем выбросов, потому что они работают почти так же, как бензиновые и дизельные автомобили.За исключением того, что из выхлопной трубы выходит только чистая вода.

«С точки зрения производительности, ускорения и комфорта автомобили на водороде сравнимы с обычными автомобилями, — говорит д-р Вольфганг Варнеке, главный научный сотрудник Shell по вопросам мобильности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.