Водород как топливо для автомобилей

Эксперты оценили перспективы авто на водороде в России

В Европе назревает водородный бум. В последнее время в СМИ появляется все больше сообщений о пилотных проектах с водородом – и все чаще мелькает химическое обозначение этого газа: H2, сообщает Deutsche Welle.

Эксперты пророчат водородному топливу светлое будущее и считают автомобили с водородным двигателем главными конкурентами электрокаров.

«Водород многими экспертами считается топливом будущего. Это топливо, которое имеет более низкий углеродный след, чем традиционные нефть и газ. Но есть большие проблемы с развитием этой отрасли. Они связаны с недостаточно развитой инфраструктурой, сложностями в его хранении и транспортировки. К 2030 году мировой рынок топлива сильно изменится, поэтому чтобы быть готовыми, надо уже начинать развивать эту отрасль. Сейчас в России эта отрасль находится в зачаточной стадии. Тем не менее, в нашей стране есть все возможности, чтобы занять эту нишу», – рассказал Сергей Суверов, инвестиционный стратег.

По словам эксперта, забота об экологии стала основным трендом в обществе на ближайшие десятилетия. Поэтому стали появляться инициативы по отказу от вредоносных для окружающей среды видов топлива. С 2018 году в ЕС уже отказались от дизельного топлива, а к 2040 году планируется полный отказ и от бензина. Это стало поводом для развития альтернативных источников энергии для транспорта – электрических, гибридных и водородных двигателей.

Если первые два типа двигателя активно сегодня используются по всему миру, то индустрия водородного топлива только начинает свое развитие. По своей сути автомобиль с водородным двигателем – это тот же электрокар, только с другим аккумулятором. Его емкость в десять раз больше, чем у литий-ионного аккумулятора. Баллон с 5 кг водорода заправляется примерно 3 минуты, а запас хода около 500 км.

В мире многие известные автомобильные бренды уже выпустили свои модели с водородным двигателем. Кроме того, водородное топливо применяется во многих других отраслях. Однако в России эта отрасль только начинает развиваться. Владимир Путин уже поставил задачу к 2023 году запустить городской общественный транспорт на водородном топливе.

Водородное топливо эксперты считают экологичным по сравнению с другими источниками энергии. Но есть ряд минусов, который замедляет развитие отрасли. Инфраструктура пока что недостаточно развита для полного перехода на водород, не налажена логистика, а также экологичность и безопасность производства этого топлива остается под вопросом.

Но у водородного топлива есть огромный потенциал. Кроме его экологичности, есть еще одно значительное преимущество – водородные двигатели долговечны. Они могут служить до 10 лет, когда электродвигатель в лучшем случае пять.

Водородные двигатели развиваются по тому же сценарию, что и электродвигатели. Изначально к электрокарам так же относились скептично, отмечали дороговизну аккумуляторов и неразвитость инфраструктуры, но сегодня они стали таким же привычным видом транспорта, как и автомобили на бензине или дизеле. То же самое ждет и автомобили на водороде.

Российские ученые исследовали безопасность водорода в автомобиле

Российские ученые исследовали безопасность водорода в автомобиле

Исследователи из ФГУП «НАМИ», Московского государственного строительного университета и Центра компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» при ИПХФ РАН задались целью оценить, насколько безопасен водородный автомобильный транспорт по сравнению с традиционными автомобилями с двигателями внутреннего сгорания на водороде. Статья с результатами изысканий опубликована в российском «Журнале прикладной химии». Новые эксперименты, которые провели сотрудники Института комплексной безопасности в строительстве НИУ МГСУ, подтверждают возможность сравнительно безопасного использования водорода на транспорте.

Одним из барьеров на пути развития водородного транспорта становится психологическое неприятие, основанное на страхе водорода как взрыво- и пожароопасного газа. Поэтому авторы в своем исследовании внимательно сравнили основные характеристики, определяющие процессы горения и потенциальную опасность водорода и используемых углеводородных топлив (жидких – бензина и дизеля, газообразных – природного газа и пропан-бутановой смеси) при их использовании на автомобиле.

Выводы, которые делают исследователи, таковы: при соблюдении технологических правил использования водорода (современные композитные баллоны высокого давления, не позволяющие взорваться с осколками, использование правильных материалов для водородной системы, которые не боятся водородного охрупчивания) водород – достаточно безопасный источник энергии для автомобиля.

«Мы хотели показать, что все виды топлива опасны по природе своей, поскольку содержат в себе энергию в химической форме, которая при неправильном использовании топлива может быть разрушительной. То или другое топливо может представлять бОльшую опасность в сравнении с другими в зависимости от условий. И мы показали, что с водородом можно также безопасно работать – использовать на автомобиле в качестве топлива, если учитывать его специфичные свойства и правильно с ним обращаться. Например, «правильные» композитные баллоны типа IV не дают поражающих осколков, как металлические», – говорит автор статьи, заведующий отделом каталитических систем ФГУП «НАМИ» Андрей Порсин.

«В основу обеспечения безопасности эксплуатации водородных автомобилей должны быть положены соответствующие стандарты и руководящие документы, базирующиеся на результатах научных исследований и конструкторских разработок. К ним можно отнести обеспечение пассивной безопасности не только для людей, но и для энергетического модуля в целом силовой установки, ее надежность и необходимый ресурс работоспособности в условиях эксплуатации, а также наличие средств ликвидации возможных аварийных ситуаций», – комментирует соавтор статьи, доктор технических наук Сергей Цариченко (МГСУ).

Авторы отмечают несколько свойств водорода, делающих его в определенных условиях более безопасным при использовании в автомобильном транспорте.

Во-первых, водород самый легкий газ, и в воздухе он поднимается вверх со средней скоростью в 20 метров в секунду.

Во-вторых, из-за своей текучести водород быстро и рассеивается, что не дает образовать взрывоопасную смесь с воздухом. Например, на открытом пространстве при разливе и возгорании бензина при пробитом бензобаке автомобиль сгорает за несколько минут, а при пробитом баллоне и возгорании струи водорода пожар самостоятельно затухает менее чем за две минуты.

В-третьих, в отличие от углеводородов, при горении водорода не образуется никаких токсичных веществ типа угарного газа – только вода.

В статье не рассматривался вопрос пожарной безопасности литий-ионных батарей, однако один из соавторов статьи отдельно прокомментировал этот вопрос.

«Водородный автомобиль и автомобиль на литий-ионных аккумуляторах объединяет наличие этих батарей. Учитывая то, что батареи на чисто электрических автомобилях должны иметь существенно больший объем, соответственно, их пожарная опасность пропорционально выше, чем водородных автомобилей. Естественно, присутствие водорода на борту автомобиля повышает потенциал опасности в случае развития пожара и нагрева баллона с водородом, однако при выполнении соответствующих мероприятий по безопасному дренированию водорода риск развития серьезных последствий, учитывая совокупность всех факторов окажется ниже», – говорит Цариченко.

Однако, что случится, если взрыв все же произошел?

Эксперименты, которые проведены дополнительно, показывают следующее: водород взрывается гораздо резче природного газа (справочные данные говорят, что скорость детонации гремучего газа – 2820 м/с, скорость детонации стехиометрической смеси метан/воздух – 1800 м/с), однако этот взрыв происходит гораздо «чище»: в случае взрыва метана, пропан-бутановой смеси и особенно паров бензина наблюдается вторичное горение непрореагировавших при взрыве веществ, что приводит, в отличие от взрыва водорода, к последующему пожару.

Водородные автомобили: особенности, характеристики и ТОП-7 моделей

10.08.2021, 13:52 59.9k Перегляди

Альтернативные источники энергии – один из лучших способов сохранить окружающую среду, загрязняемую продуктами сгорания бензина, дизтоплива и даже метана или пропана.

Водород в этом плане безопаснее. Но автомобильные концерны не спешат переходить на выпуск транспорта с водородными топливными элементами (FCEV).

FCEV – fuel cell electric vehicles – это электромобиль на топливных ячейках (элементах). В таком автомобиле используется топливный элемент вместо батареи или в сочетании с батареей или суперконденсатором для питания его бортового электродвигателя.

Для этого есть немало причин – цены, неразвитая инфраструктура, опасность производства топлива для окружающей среды.

Хотя водородные автомобили уже существуют – почти все модели только в виде концепта, и только некоторые выпускаются серийно.

Особенности заправки водородом

Работающие на водородном топливе авто заправлять сложнее, чем привычный транспорт. Заправка выполняется газом в сжатом или сжиженном состоянии.

При этом водород уменьшается в объёме почти в 850 раз, температура в жидком виде достигает –259°C, а давление газа – 350 или 700 атмосфер.

На большинстве заправок топливо продаётся в газообразном состоянии. Жидкость встречается только на 10% станций. Использующих её машин тоже немного, включая выпускавшуюся в 2007-2008 годах модель BMW HydroGen 7 и авто HydroGen3 от GM с баками для газообразного и жидкого водорода.

Время заправки водородным топливом составляет около 5 минут. Примерно столько же тратится на заполнение полного бака бензинового транспорта. Современные технологии позволяют уменьшить это время до 3 минут – быстрее, чем придётся ждать на заполнение баллона с природным газом.

Работа установок по генерации водорода

Водородные заправочные станции (ВЗС) могут быть мобильными, стационарными и домашними. Первый вид предназначен для заправки автомобилей в местах без подходящей инфраструктуры.

Читайте также  Следующее поколение Ford Mondeo проходит тестирование в Альпах

Стационарные заправки обычно принадлежат крупным компаниям и продают водородное топливо автомобилистам. Большая часть таких станций находится в Канаде и США, Китае, Японии и Германии.

Домашняя заправка – комплект оборудования для частного использования. Производит до 1000 кг чистого водорода в год – достаточно для ежедневной заправки 1-5 автомобилей. Газ производится методом гидролиза воды в ночное время, чтобы не создавать резких скачков напряжения в электросети.

По объёмам выпускаемой продукции стационарные станции делят на три типа:

  • малые, выпускающие до 20 кг водорода в сутки (хватит на заправку 5-10 автомобилей);
  • средние, обеспечивающие ежедневную заправку 250 легковых авто или 25 грузовых – норма выработки от 50 до 1250 кг в день;
  • промышленные – заправляют больше 500 авто в сутки, предоставляя от 2500 кг газа.

В конструкцию водородной заправки входит электролизёр, системы очистки и хранения водорода, компрессор (если топливо находится в газообразном состоянии) и диспенсер, обеспечивающий раздачу водорода потребителям. Причём, на малых и средних станциях газ может выпускаться как с помощью электролиза воды, так и за счёт каталитического риформинга углеводородов – процесса, проводимого при температуре около 500 градусов и давлении до 4 МПа.

Сколько будет стоить заправка для водородных авто

Рыночная стоимость водорода в Европе сейчас составляет около 9 евро за килограмм, что соответствует примерно 45 евро для полного бака автомобиля Toyota Mirai . При запасе хода в 500 км сумма получается на уровне 9 евро на 100 км. Если учитывать, что стоимость бензина на европейских заправках около 1,3-1,35 евро, потребление водородного авто примерно соответствует среднему расходу седана с бензиновым мотором 1,5-2 литра в комбинированном режиме.

С одной стороны, это не много – но только, если не сравнивать с электромобилями. При использовании электродвигателей владелец автомобиля Tesla Model S или Toyota Prius потратит около 2,5 евро на то же стокилометровое расстояние. Поэтому, пока цена на водород для автомобилей не снизилась хотя бы до 25-30 евро за полный бак, преимущество останется за электрокарами.

Есть ли будущее у водородных авто

Машины, работающие на водородном топливе, не выделяют в воздух углекислого газа, а, значит, не вредят окружающей среде и не способствуют глобальному потеплению.

Это преимущество – серьёзный повод для перехода на этот газ, но не единственный.

Есть у водородных авто и другие плюсы:

  • Бесшумная работа. В отличие от ДВС, водородные двигатели практически не создают шума.
  • Высокий крутящий момент в самом начале движения. Причина – использование в конструкции таких автомобилей только электрических моторов.
  • Большой рабочий диапазон. 1 грамм водорода позволяет получить втрое больше энергии по сравнению с 1 г бензина.
  • Быстрая заправка. Новые технологии позволяют залить бак с водородом быстрее, чем будет заряжаться любой электромобиль, и почти так же быстро, как заливается бензин.
  • Запас хода до 500-600 км, превышающий показатели большинства электромобилей. Конечно, с бензиновыми авто эта цифра не сравнится – но разница не такая большая. У многих работающих на бензине машин дальность поездки с полным баком не превышает 800-900 км.

Среди серьёзных минусов отмечают, что водородное топливо пока слишком дорогое по сравнению с электричеством.

Даже, если сравнивать его с бензином (цена 1 км пути почти одинакова), стоит уделить внимание высокой стоимости водородных автомобилей. Переплачивая за электрокар, можно рассчитывать на экономию в будущем – переплата за машину с водородным двигателем не окупится.

Внимание! Среди других минусов водорода стоит отметить его взрывоопасность, необходимость хранения в специальных баллонах, уменьшающих внутреннее пространство багажного отделения, и вредное влияние газа на металлические части цилиндропоршневой группы. Усиливая конструкцию автомобиля, производители сделают машины с водородными двигателями ещё дороже. Ещё один важный момент, влияющий на распространённость автомобилей FCEV – неразвитая инфраструктура заправок.

С одной стороны, причин для отказа от водородного топлива в качестве конкурирующего с электричеством варианта, достаточно.

С другой – проблему с заправками уже решают правительства разных стран – Китая, Японии, Германии.

Так, в КНР к 2030 году планируется установить больше 1000 водородных станций, число японских ВЗС превысило сотню, немецких – 50.

Интерес к развитию технологии проявили такие известные производители как VW, GM, Daimler AG и BMW. Когда заправок будет больше, водородный транспорт станет серийным, популярность FCEV может увеличиться.

Реальные водородные авто – ТОП-7 моделей

Серийного транспорта с водородными двигателями почти нет. Но в списках продукции нескольких автопроизводителей можно найти несколько машин, которые выпускались в количестве больше 1-2 выставочных экземпляров.

Цена на них не способствует повышению спроса, но у каждого авто есть свои впечатляющие особенности – от большого запаса хода до приличной динамики.

Toyota Mirai

Модель известной японской марки создана после десятков лет разработок. Компания «Тойота» занималась технологией больше 23 лет, после чего выпустила автомобиль Mirai сначала на японский ,а затем на американский рынок.

В Калифорнии в течение 2015 года было продано 836 машин, а до конца года бренд рассчитывает увеличить общее число продаж до 30 тыс. экземпляров. Запас хода авто – до 500 км, максимальная скорость – 178 км/ч.

На автомобиле установлен фронтальный радар, а бортовая система распознаёт препятствия и автоматически включает тормоза. Ещё одна система помощи водителю контролирует полосу движения, подавая водителю сигнал при смещении в сторону.

Для управления навигацией и контроля микроклимата в салоне автомобиля установлено два сенсорных экрана.

Honda Clarity

Первые продажи автомобиля FCX Clarity ещё одного известного автоконцерна Honda были отмечены в 2016 году.

Машина способна проехать до 600 км – это максимум для такого транспорта и больше, чем у любого электрического авто в нормальном режиме езды. Притом, что заряжается водородная модель всего за 5 минут.

Купить машину можно было в конце 2000-х годов в японских и калифорнийских салонах – именно в этом штате крупнейшая в мире инфраструктура для такого транспорта.

Продажи автомобиля продолжались до 2014 года, после чего компания заявила о выходе ещё одной версии – Clarity Fuel Cell.

Заявленная стоимость модели – почти 8 миллионов иен ($72 тысячи), на 5% выше, чем у главного конкурента, модели Toyota Mirai. На одной заправке водородным топливом под давлением 700 атм. машина сможет проехать до 650-700 км.

Размеры машины позволяют ей быть пятиместной, а не четырёхместной, как у «Тойоты». Мощность мотора – 177 л.с., а спрятанных под передними сиденьями топливных элементов – 100 кВт.

Ford Airstream

Автомобиль Ford Airstream – разработанная в 2007 году концепция гибридного авто – с электромотором и водородными элементами.

Впервые представили её в Детройте, а базой для разработки послужила разработка HySeries Drive. Кроме водородных топливных элементов машина использует для движения Li-Ion батареи. Аккумуляторы могут заряжаться от работающего на водороде двигателя.

Работая на электричестве, машина проезжает до 40 км – это примерно 40% общей мощности АКБ. После этого включается мотор на водороде.

Максимальная скорость транспортного средства – 135 км/ч, в баке помещается до 4,5 кг водородного топлива под давлением 350 атм. Таких показателей достаточно для того чтобы проехать без заправки до 485 км пробега.

Mercedes-Benz GLC F-CELL

Компания Mercedes-Benz разработала машину GLC F-Cell , разработчики которой утверждают о возможности проехать до 50 км на электричестве и до 500 км – на водородном топливе. Бак для водорода заполняется в течение 3 минут.

Автомобиль поступил в продажу в 2017 году и стал первым серийным транспортным средством, в котором есть и водородные топливные элементы, и возможность зарядки от электрической розетки.

Покупателями только что сошедших с конвейера авто стали несколько немецких министерств, фирмы H2 Mobility и NOW, железнодорожная компания Deutsche Bahn, администрации городов Гамбург и Штутгарт.

Автомобиль имеет 211-сильный двигатель и баллоны, в которых вмещается 4,4 кг водородного топлива. Этого хватает на 430 км пробега, а ещё 51 км машина может проехать на аккумуляторе.

Водителю доступно три режима – гибридный, для оптимального распределения энергии между двумя источниками, F-Cell – для работы только с водородом и Charge, позволяющий аккумулятору заряжаться во время движения.

Предполагается, что машина будет использоваться в качестве обычного электрокара на небольших расстояниях, и как авто на водородном топливе при поездках на значительные дистанции.

Pininfarina H2 Speed

Водородный автомобиль Pininfarina создан одноимённой итальянской компанией, занимающейся разработками дизайна спорткаров.

Модель получилась близкой к гоночным – например, до 100 км/ч она разгоняется за 3,4 секунды. Максимальная скорость – 299 км/ч, запасы водорода в баке – 6,1 кг.

Транспортное средство получило систему рекуперативного торможения и контроля тяги. Стоит оно целых 2,5 миллиона долларов, поэтому отсутствие Pininfarina H2 Speed в продаже нельзя назвать серьёзной проблемой – купить бы её смогли немногие. Кроме двигателя, работающего на водороде, авто комплектуется аккумулятором на 20 А-ч и электромоторами общей мощностью 370 кВт.

Читайте также  В гамме двигателей Skoda Rapid будет представлено 6 вариантов

BMW Hydrogen 7

Машина, работающая на жидком водороде и бензине. Транспортное средство создано на базе популярной BMW «семёрки», но получило не только бензобак на 74 литра и водородный баллон на 8 кг. Максимальный пробег на водороде – 480 км, на бензине – 300 км.

Машина переключается на другой вид топлива автоматически, хотя предпочтение отдаётся именно водородным элементам. Мощность транспортного средства при работе на водороде – 228 л.с., на бензине – 260 л.с. Скорость транспорта – 229 км/ч, разгон до сотни выполняется всего за 9,5 секунд.

Hyundai Nexo

Компания Хёндэ (Hyundai) одна из первых занялась продажами серийных авто на водороде.

Хотя о массовых продажах модели Nexo говорить не приходится – она предназначена только для определённых рынков и выпускается в ограниченном количестве. Запас хода автомобиля – 600 км.

Мощность двигателя авто сравнительно небольшая – 161 лошадиная сила. Зато оно получило впечатляющий крутящий момент – 395 Н·м. Время разгона до сотни – 9,5 секунды. Цены на авто начинаются в Европе с 69000 долларов.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

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

На автомобили приходится 72% «транспортных» выбросов парникового газа СО2 в Европе; самолеты «ответственны» за 14%.

А вот если заправить автомобиль или самолет водородом, то они будут ехать и лететь вообще не выбрасывая в атмосферу СО2. А значит – спасать планету от глобального потепления, которое уже стало приводить к природным катаклизмам.

Поэтому в Европе и начали переводить транспорт на водородное топливо.

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 H2ME, 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.

Читайте также  Профессиональный ремонт и обслуживание автомобиля

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.

Ученый из САО: «Топливом для электротранспорта может стать водород»

В научном центре «НАМИ», который расположен в Головинском районе, проводят исследование, в результате которого выяснят, может ли водородный топливный элемент заменить аккумуляторную батарею для электротранспорта. Если да, то в перспективе в столице может появиться общественный транспорт, работающий на водороде.

Почему именно водород может стать топливом и как будет вырабатываться электричество, корреспонденту «Севера столицы» рассказал заведующий отделом каталитических систем ФГУП «НАМИ» Андрей Порсин.

Батареи теряют ёмкость при перезарядке

Почему водородный двигатель считается экологичным

— Любой аккумулятор запасает электрическую энергию, которую получает от внешнего источника, то есть от розетки. Топливный элемент — это устройство, в котором электричество образуется в результате химической реакции, — объясняет специалист. — Водород из бака и воздух подаются в топливный элемент, происходит реакция, и производится электричество.

Андрей Порсин отмечает, что топливные элементы на водороде по ряду параметров превосходят аккумуляторы.

— Аккумуляторные батареи постепенно теряют ёмкость при каждой перезарядке, особенно при эксплуатации при низких температурах, более того, заправка водородом занимает несколько минут, в то время как зарядка аккумуляторов может длиться часами, — поясняет он.

Использовали уже в годы войны

Впервые использовать водород как топливо получилось во время Великой Отечественной войны.

— Первое применение водорода в двигателе внутреннего сгорания состоялось во время блокады Ленинграда. Для защиты воздушного пространства в небо запускали заградительные аэростаты, заполненные водородом. С течением времени часть водорода терялась, а внутри купола образовывалась смесь водорода с воздухом. Изобретатель использовал этот отработанный водород как топливо для двигателя лебёдок, которые поднимали и опускали аэростаты, — рассказывает Андрей Порсин.

По его словам, транспорт на водородных топливных элементах уже есть. Например, в Германии первый такой состав вышел на региональный маршрут в Нижней Саксонии в 2018 году.

Нет вредных выхлопов — только пар

Водород — самый распространённый элемент во Вселенной. У него есть ряд преимуществ перед бензином.

— Во-первых, водород можно получить не только из ископаемого топлива, например природного газа, но и за счёт энергии солнца или ветра, из воды. Во-вторых, достоинство любого электрического вида транспорта — отсутствие вредных выбросов в атмосферу, а в топливных элементах на базе водорода продуктом реакции является только вода, — объясняет Андрей Порсин.

Единственный минус — такой транспорт пока дороже остальных, да и сам водород довольно дорогой.

— Автобус и вся инфраструктура должны пройти тестирование, сертификацию и соответствовать самым высоким требованиям безопасности. Водород очень реакционноспособный и может быть опасен в смеси с воздухом. Поэтому безопасности следует уделять внимание на всех стадиях, — говорит специалист.

Первый элемент просит порулить

Наша страна не остается в стороне от водородного тренда. В ноябре прошлого года премьер Михаил Мишустин утвердил программу развития водородной энергетики в России до 2024 года. Далее последовали высказывания высшего истеблишмента о потенциале развития водородной энергетики в стране. Подытожил ряд программных выступлений Владимир Путин, поставив правительству задачу разработать к 2023 году автобус на водороде, а позже и локомотив. Так что повернуть назад не получится.

«Японская Toyota запустила массовые продажи своего водородного автомобиля Toyota Mirai еще в 2015 году. В Германии на регулярной основе курсирует пригородный поезд на водороде производства Alstom, ожидаются поставки еще 27 подвижных составов. В мире существует множество подобных проектов, — рассказал «РГ» гендиректор компании Drive Electro, доктор технических наук, профессор Института механики и энергетики имени В.П. Горячкина Сергей Иванов, — в то же время водородный транспорт пока не вышел на массовое производство. Даже в Японии, стране, где «дорожную карту» по переходу на водородную энергетику подписали еще в 2014 году, на всю страну всего 2,5 тысячи таких машин».

Почему же не происходит скачка в развитии водородного транспорта и когда стоит ждать массового использования водородных автомобилей в России? Разбираемся в этом вместе с экспертом.

Водородный транспорт — это тоже электромобиль, только более продвинутый, объясняет Сергей Иванов. Вместо аккумуляторных батарей электродвигатель питают топливные элементы. Такая техника надежна, неприхотлива, бесшумна, работает без вредных выбросов. Использование водорода особенно актуально для ТС, которые передвигаются на большие расстояния. Без дополнительной заправки можно проехать от 500 до 1000 километров. Плюсы использования водородного двигателя очевидны и в целом общеизвестны — его КПД намного выше, чем у двигателя внутреннего сгорания, а благодаря использованию электрической трансмиссии таком транспорту присуще накопление энергии при торможении.

Тем не менее причины, по которым правительство России задумалось о возможном переходе на водородный транспорт и водородную энергетику, лежат за пределами чисто технологических вопросов, уверен Сергей Иванов. В июле 2020 года была опубликована водородная стратегия ЕС, согласно которой страны-участники планируют полностью отказаться от автомобилей на ДВС к 2040 году. Помимо этого ЕС планирует значительно снизить долю использования традиционных энергоносителей. «А Россия очень зависима от цен на энергоносители ввиду специфики структуры своей экономики, — подчеркивает профессор. — Более того, углеводороды — наш главный экспортный продукт, а Европа — основной торговый партнер и потребитель энергоресурсов. Чтобы сохранить за собой статус экспортера и избежать трансграничных налогов при поставках продукции в Евросоюз, нашей стране придется следовать стандарту чистого производства».

Однако, несмотря на радужные перспективы новых технологий, здесь есть ряд серьезных проблем. Традиционные способы получения водорода из метанола энергозатратны и связаны с выбросами углекислого газа. Производство же «зеленого» водорода путем электролиза резко увеличивает его стоимость. Ограничением массового использования водорода являются также вопросы его хранения и транспортировки. И решение этих вопросов требует огромных финансовых и временных ресурсов.

Тем не менее экономические стимулы к переходу на водород есть уже сейчас и будут расти стремительно по мере дальнейшего развития технологий. «Водород нужен не только как моторное топливо и для генерации энергии, — рассказывает Сергей Иванов. — сейчас на 95 процентов он используется в нефтехиме. При этом Россия уже занимает хорошие позиции на рынке. Согласно Энергетической стратегии России до 2035 года экспорт водорода из нашей страны должен достигнуть 2 миллионов тонн. По прогнозу минэнерго, за 30 лет рынок водорода вырастет с сегодняшних 110 до 150-160 миллионов тонн. По разным прогнозам, объем рынка водорода в денежном эквиваленте может достигнуть 200 миллиардов долларов уже к 2023 году».

Все предпосылки для развития водородной энергетики в России есть. Это отдельно отметил зампред правительства Александр Новак: «В России есть развитые газовый и атомно-энергетический комплексы, которые могут помочь в производстве водорода. Например, водород можно производить методом электролиза или путем переработки газа (запасы которого в стране огромны). Поэтому Россия обладает серьезным потенциалом не только для развития, но даже мирового лидерства в водородной энергетике».

Растет и рынок электрического транспорта. По прогнозам Bloomberg New Energy Finance, к 2040 году ежегодные продажи электрокаров, в том числе тех, что используют водород, достигнут 35 процентов от общего числа продаваемых машин. А Россия имеет примеры эффективного запуска транспорта на электротяге. «Уже сейчас Москва является лидером по количеству электробусов в Европе. Технологии производства водородного транспорта в целом схожи. Следовательно, внедрить водородный транспорт и наладить его массовый выпуск будет возможно. Все это будет способствовать снижению стоимости самого водорода и одновременно повысит скорость окупаемости связанных с его производством и дистрибуцией инфраструктурных проектов. Именно поэтому кажущиеся малоэффективными с точки зрения экономической целесообразности решения имеют для России огромные перспективы», — резюмирует Сергей Иванов.

Так что похоже, что скачок развития водородного транспорта происходит прямо сейчас. К нему готовы как технологии, так и правительство. А это значит, что ждать водородный транспорт в России осталось недолго. К 2023 году первые автобусы на водородном топливе уже поедут по дорогам городов. Радует и то, что, по прогнозам Bloomberg New Energy Finance, уже к 2025 году стоимость автомобилей на водороде сравняется со средней ценой обычных автомобилей.