Машина на водороде: Toyota Mirai — водородный автомобиль

Содержание

Водородные автомобили: энтузиазм в Азии, сомнения в Германии | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

В Германии быстро растет интерес к водороду (h3). Но является ли этот экологичный энергоноситель перспективным топливом для автомобилей? Мнения на этот счет разошлись, причем на удивление резко. С одной стороны — министр транспорта ФРГ Андреас Шойер (Andreas Scheuer). В 2021-2022 годах по дорогам страны должны ездить 60 тысяч водородных автомобилей, неожиданно для многих объявил он на конференции «Водород и энергетический поворот» в Берлине 5 ноября. Автомобильная промышленность, продолжил министр, «должна вывести на рынок доступные автомобили и показать людям, что эта техника надежно работает». На 1 января 2019 года в Германии было зарегистрировано менее 400 водородных автомобилей.

Volkswagen не собирается выполнять требование министра

С другой стороны — глава концерна Volkswagen Херберт Дис (Herbert Diess). Ровно за сутки до почти ультимативного требования министра он выступил на церемонии начала серийного производства первого «народного электромобиля» VW ID.3. В своей речи он остановился и на водородной технологии. Ее время, полагает топ-менеджер, наступит не в предстоящем, а лишь в следующем десятилетии (в 2030-х годах), однако применять ее будут главным образом другие виды транспорта — грузовые автомобили, поезда, суда.  

Иными словами, крупнейший автостроитель Германии (и мира) даже не думает выполнять требование министра: Volkswagen целиком сделал ставку на электромобили. Полностью электрических легковых машин в ФРГ было на 1 января 2019 года в общей сложности свыше 83 тысяч. К ним можно прибавить более 340 тысяч гибридов, из которых 67 тысяч были заряжаемыми от розетки плагин-гибридами. 

На Франкфуртском автосалоне 2019 рядом с BMW i Hydrogen Next демонстрировался топливный элемент

Вечером того же 4 ноября в Берлине прошла встреча канцлера Ангелы Меркель (Angela Merkel) c руководителями немецкого автопрома, на которой обсуждалось развитие электромобильности в Германии.

Одно из решений: в ближайшие два года установить по всей стране 50 тысяч новых общедоступных зарядных станций. Сейчас их около 21 тысячи, и считается, что это крайне мало для широкого внедрения автомобилей на электрической тяге. Правительство ФРГ ставит задачу к 2030 году довести число станций до 1 миллиона.

BEV против FCEV: неравные силы

А на следующий день участвовавший в этой встрече Андреас Шойер («вчера водородная тема была, конечно, не приоритетной») на конференции по водороду не без гордости сообщил, что «весной 2020 года у нас в Германии будет уже 100 водородных заправочных станций». К 2021 году к ним должны прибавиться еще 15. Соответствующее заявление о намерениях министр подписал с совместным предприятием h3Mobility, в которое наряду с такими энергетическими компаниями, как Shell и Total, входит и немецкий автостроитель Daimler.

Министр экономики и энергетики Петер Альтмайер и министр транспорта Андреас Шойер

Он с прошлого года малыми партиями выпускает Mercedes GLC F-Cell, который в семи немецких городах можно взять в лизинг. А в сентябре на Франкфуртском автосалоне 2019 была представлена модель BMW i Hydrogen Next, производство которой, опять-таки малыми партиями, баварский автоконцерн начнет в 2022 году. 

Все эти цифры показывают, каков в настоящий момент на немецком рынке расклад сил между двумя экологичными альтернативами автотранспорту с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) — между электромобилями, работающими от аккумуляторных батарей (BEV), и водородными автомобилями (FCEV), в которых энергия для электромотора вырабатывается в ходе реакции h3 с кислородом в топливных элементах. 

В такой ситуации автомобильная промышленность Германии однозначно сделала выбор в пользу электромобилей, подчеркнул президент Объединения немецкой автомобильной промышленности (VDA) Бернхард Маттес (Bernhard Mattes) на состоявшейся в конце октября в Штутгарте конференции Handelsblatt Auto-Gipfel 2019. На других континентах, добавил он, могут сделать ставку и на иные технологии (он имел в виду «водородные» планы Японии и Южной Кореи), но Европе, по его мнению, создание разветвленной инфраструктуры одновременно для нескольких видов альтернативных двигателей финансово просто не потянуть.

Toyota Mirai: объемы производства вырастут в десять раз

На этой отраслевой конференции автостроители и их поставщики обсуждали перспективы немецкого и мирового автопрома, и речь, действительно, шла главным образом о гибридах и электромобилях. Однако два доклада были посвящены водородным автомобилям. Весьма показательно, что с ними выступили представители двух азиатских фирм. 

Выпуск водородного автомобиля Mirai на одной из японских фабрик компании Toyota

Вице-президент по научным исследованиям и разработкам европейского отделения Toyota Геральд Кильман (Gerald Killmann) сообщил, что эта японская компания в десять раз увеличит выпуск водородного автомобиля Toyota Mirai. Привел он и абсолютные цифры: до сих пор ежегодно выпускались 3 тысячи единиц, объемы производства нового поколения этой модели решено увеличить до 30 тысяч в год (для сравнения: в 2018 году компания продала по всему миру в общей сложности свыше 10,5 миллиона автомобилей).

При этом менеджер напомнил историю успеха первого в мире серийного гибридного автомобиля Toyota Prius. Первое поколение, стартовавшее в 1997 году, было убыточным, второе, по его словам, пошло уже лучше, «третье обеспечило хорошую прибыль, сегодня свыше половины продаваемых нами в Европе автомобилей — это гибриды». Нечто подобное может произойти и с водородной технологией, убежден Геральд Кильман.   

Основными потенциальными покупателями модели Toyota Mirai он считает таксомоторные компании, сервисы перевозки VIP-пассажиров, парки служебных машин фирм и ведомств. И дело тут не только в высокой цене (в Германии этот водородный автомобиль стоит порядка 80 тысяч евро). 

Прототип беспилотного водородного грузового автомобиля южнокорейской компании Hyundai

Компания Toyota исходит из того, рассказал Геральд Кильман, что рядовому покупателю больше подходят электромобили: у него машина ночью и значительную часть дня обычно простаивает, так что есть время ее подзарядить. «У водородной технологии перспективы скорее в профессиональной сфере, там, где автомобиль должен работать круглосуточно или перевозить грузы», — отметил докладчик и указал на решающие преимущества машин на топливных элементах: заправка длится 3-5 минут, а дальность пробега составляет более 500 километров.        

Hyundai Nexo и водородные грузовики для Швейцарии

Таким образом, два лидера мировой автомобильной промышленности, Volkswagen и Toyota, практически сходятся в том, что h3 получит широкое распространение на грузовом автотранспорте. Расходятся они в оценке сроков. И это явно связано с тем, что в Японии уже действует согласованный между правительством, автостроителями и инфраструктурными компаниями план до 2030 года довести число водородных автомобилей на дорогах страны до 800 тысяч. А в Германии есть правительственный план к тому же времени довести число электромобилей до 7-10,5 миллионов.   

Тем временем в Южной Корее стартовал пилотный проект по переводу на h3 сразу трех городов. Речь не только об автомобильном транспорте, но и об электроэнергетике и теплоснабжении, и Hyundai будет поставлять туда свои топливные элементы, рассказал в Штутгарте представитель немецкого отделения этой южнокорейской компании Оливер Гутт (Oliver Gutt). Одновременно она наращивает начавшийся в 2018 году выпуск как водородного внедорожника Hyundai Nexo (цена в Германии: около 70 тысяч евро), так и h3-грузовиков.

Южнокорейский водородный автомобиль Hyundai Nexo на Франкфуртском автосалоне 2019

Сейчас Hyundai, продолжил Оливер Гутт, приступает к выполнению заказа, полученного из Швейцарии: в течение пяти лет туда будут поставлены 1600 работающих на топливных элементах грузовиков, в которых из экологических (и, соответственно, имиджевых) соображений заинтересованы, в частности, крупные сети супермаркетов. Правда, альпийской республике предстоит еще построить соответствующие заправочные станции. 

Без «зеленого» водорода прорыва не будет 

Оливер Гутт порекомендовал следить за развитием сети водородных заправок в Европе на немецком сайте h3. live. Там сразу же бросается в глаза: Германия со своими скоро 100 станциями является бесспорным европейским лидером. Или, иначе говоря: в других странах континента инфраструктура для h3 развита еще меньше.

Принципиально важен также вопрос, откуда берется водород. Производить его из углеводородов, например, из природного газа, с экономической точки зрения представляется не очень оправданным, ведь в таком случае автомобили можно было бы напрямую заправлять компримированным (CNG) или сжиженным природным газом (LNG).

С точки зрения экологии и защиты климата смысл имеет только «зеленый» водород, получаемый из обычной воды методом электролиза с использованием избыточной электроэнергии ветряных и солнечных электростанций. Но широкое промышленное внедрение экспериментально уже апробированной технологии Power to Gas только начинается. Правда, правительство ФРГ твердо намерено форсировать этот процесс.

Выступая вместе с Андреасом Шойером на конференции в Берлине, министр экономики и энергетики ФРГ Петер Альтмайер (Peter Altmaier) заявил: «Мы хотим, чтобы Германия стала в области водородных технологий номером 1 в мире». Насколько реалистичен этот лозунг в автомобильной сфере, покажет время. Но самые первые в мире водородные поезда начали перевозить пассажиров именно в ФРГ.

Смотрите также:

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Электростанция из аккумуляторов

    Как хранить в промышленных масштабах излишки электроэнергии, выработанной ветрогенераторами и солнечными панелями? Соединить как можно больше аккумуляторов! В Германии эту технологию с 2014 года отрабатывают в институте общества Фраунгофера в Магдебурге (фото). По соседству, в Шверине, тогда же заработала крупнейшая в Европе коммерческая аккумуляторная электростанция фирмы WEMAG мощностью 10 МВт.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Большие батареи на маленьком острове

    Крупнейшие аккумуляторные электростанции действуют в США и странах Азии. А на карибском острове Синт-Эстатиус (Нидерландские Антилы) с помощью этой технологии резко снизили завоз топлива для дизельных электрогенераторов. Днем местных жителей, их около 4 тысяч, электричеством с 2016 года снабжает солнечная электростанция, а вечером и ночью — ее аккумуляторы, установленные фирмой из ФРГ.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Главное — хорошие насосы

    Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) — старейшая и хорошо отработанная технология хранения электроэнергии. Когда она в избытке, электронасосы перекачивают воду из нижнего водоема в верхний. Когда она нужна, вода сбрасывается вниз и приводит в действие гидрогенератор. Однако далеко не везде можно найти подходящий водоем и нужный перепад высот. В Хердеке в Рурской области условия подходящие.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Место хранения — норвежские фьорды

    Оптимальные природные условия для ГАЭС — в норвежских фьордах. Поэтому по такому кабелю с 2020 года подводная высоковольтная линия электропередачи NordLink длиной в 623 километра и мощностью в 1400 МВт будет перебрасывать излишки электроэнергии из ветропарков Северной Германии, где совершенно плоский рельеф, на скалистое побережье Норвегии. И там они будут храниться до востребования.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Электроэнергия превращается в газ

    Избытки электроэнергии можно хранить в виде газа. Методом электролиза из обычной воды выделяется водород, который с помощью СО2 превращается в метан. Его закачивают в газохранилища или на месте используют для заправки автомобилей. Идея технологии Power-to-Gas родилась в 2008 году в ФРГ, сейчас здесь около 30 опытно-промышленных установок. На снимке — пилотный проект в Рапперсвиле (Швейцария).

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Водород в сжиженном виде

    Идея Power-to-Gas дала толчок разработкам в разных направлениях. Зачем, к примеру, превращать в метан полученный благодаря электролизу водород? Он и сам по себе отличное топливо! Но как транспортировать этот быстро воспламеняющийся газ? Ученые университета Эрлангена-Нюрнберга и фирма Hydrogenious Technologies разработали технологию его безопасной перевозки в цистернах с органической жидкостью.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    В чем тут соль?

    Соль тут в тех круглых резервуарах, которые установлены посреди солнечной электростанции на краю Сахары близ города Уарзазат в Марокко. Хранящаяся в них расплавленная соль выступает в роли аккумуляторной системы. Днем ее нагревают, а ночью используют накопленное тепло для производства водяного пара, подаваемого в турбину для производства электричества.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Каверна в роли подземной батарейки

    На северо-западе Германии много каверн — пещер в соляных пластах. Одну из них энергетическая компания EWE и ученые университета Йены превратили в полигон для испытания технологии хранения электроэнергии в соляном растворе, обогащенном особыми полимерами, которые значительно повышают эффективность химических процессов. По сути дела, речь идет о попытке создать гигантскую подземную батарейку.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Крупнейший «кипятильник» Европы

    Человечество давно уже использует тепло для производства электроэнергии. Возобновляемая энергетика поставила задачу, наоборот, превращать электричество, в том числе и избыточное, в тепло (Power-to-Heat). Строительство в Берлине крупнейшего «кипятильника» Европы мощностью 120 МВт для отопления 30 тысяч домашних хозяйств компания Vattenfall намерена завершить к концу 2019 года.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Накопители энергии на четырех колесах

    Когда по дорогам мира будут бегать миллионы электромобилей с мощными аккумуляторными батареями, они превратятся в еще один крупный накопитель энергии из возобновляемых источников. Этому поспособствуют умные сети энергоснабжения (Smart grid): они будут стимулировать подзарядку по низким ценам в моменты избытка электричества. (На фото — заправка для электромобилей в Китае).

    Автор: Андрей Гурков


Toyota собирается расширять производство автомобилей с водородным двигателем | Новости из Германии о событиях в мире | DW

Японский автопроизводитель Toyota собирается расширить выпуск машин с водородным двигателем. В компании полагают, что в перспективе оснащать такими моторами можно будет не только автомобили класса люкс, но и компактные модели. Об этом сообщил немецкой газете Welt am Sonntag пресс-секретарь концерна Toyota Хисаши Накаи. Материал будет опубликован в воскресенье, 24 марта.

В то же время при попытке найти замену классическому двигателю, сжигающему бензин или дизельное топливо, немецкие автопроизводители VW, BMW и Daimler договорились сконцентрироваться на создании электромобилей.

«В ближайшем будущем это будет лучшей и самой эффективной возможностью снизить выбросы в атмосферу углекислого газа», — прокомментировал этот решение глава концерна VW Герберт Дис (Herbert Diess).

Преимущества водородного двигателя

Однако японцы решили пойти иным путем и сделать ставку на термоэлектрический генератор, самым распространенным видом которого является водородный двигатель.

«Мы относимся с пониманием к тому, что кто-то, возможно, хочет сконцентрироваться только на одной технологии», — отметил представитель концерна Хисаши Накаи. — Однако считаем, что нам нужно и то, и другое — электробатарея и термоэлектрический генератор».

Главные преимущества водородного двигателя состоят в том, что он работает бесшумно и не производит вредных выбросов в атмосферу. Автомобиль Toyota Mirai, уже продающийся и в России, стал первой в мире автомоделью с водородным двигателем в серийном производстве. Сегодня автомобили с водородными двигателями выпускают и другие производители, такие как Hyundai.  

Принцип работы водородного двигателя

Принцип работы водородного двигателя состоит в следующем. Углеродные топливные баки автомобиля заправляются сжатым водородом. Потом через передний воздухозаборник поступает необходимый для работы двигателя воздух.

В результате химической реакции при взаимодействии водорода и кислорода из поступившего воздуха вырабатывается электроэнергия. При нажатии на педаль газа образовавшееся в результате реакции электричество приводит в действие электромотор, и автомобиль начинает движение.

Единственный побочный продукт этого процесса — вода, которая не наносит вреда окружающей среде, указывается на сайте японского автопроизводителя.

Компактные автомобили с водородным двигателем

До сих пор водородный двигатель не смог найти широкого применения в автостроении. Тем не менее специалисты Toyota полагают, что по мере проникновения таких машин на рынок их производственные расходы сократятся на столько, что автомобили с водородным двигателем станут рентабельными не только в среднем и премиум-классе и среди компактных автомобилей.

«Даже если на это потребуется время, в перспективе будут производиться и компактные автомобили с термоэлектрическими генераторами», — подчеркнул Накаи.

______________

Подписывайтесь на новости DW в | Twitter | Youtube | или установите приложение DW для | iOS | Android

Смотрите также:

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Скромная доля электромобилей на рынке Германии

    Почти 17 200 электромобилей было продано в Германии в первом полугодии 2018 года — и еще 16 700 машин с гибридным приводом. Это хотя и означает рост по сравнению с аналогичным периодом прошлого года на 51%, но в сравнении с продажами новых бензиновых и дизельных машин составляет лишь 1,8%. Ничтожно мало — по сравнению с почти 40% в Норвегии, являющейся мировым лидером по этому показателю.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Отставание по электромобильности

    Причин отставания две. Немецкий автопром слишком долго не верил в приход новой эры электромобильности, делая ставку на двигатели внутреннего сгорания, в производстве которых немцы были в числе мировых лидеров. В итоге, многие электромобили сегодня существуют в основном на бумаге (см. фото). Другая причина — предоставление властями льгот покупателям электромобилей началось в ФРГ лишь недавно.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Перелом с сентября 2018 года?

    Но сентябрь 2018 года может стать поворотным моментом. Прежде всего благодаря презентации электрического внедорожника e-tron. Это первая модель Audi, работающая полностью на электромоторе — и, как признают в самой компании-производителе, ее первая «вызревшая» серийная модель электромобиля. Поставки первым покупателям начнутся уже в конце 2018 года, а зарезервировать машину можно уже сейчас.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    E-tron на троне?

    Презентация Audi e-tron состоялась 17 сентября в США, что можно истолковать как готовность потягаться силами с мировым лидером в производстве элитных электромобилей, американской компанией Tesla. Так, e-tron будет иметь запас хода в 400 км, что сравнимо с Model 3 от Tesla.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Volkswagen пока не впечатляет

    У электромобилей других марок, которые, как и Audi, принадлежат концерну Volkswagen, цифры менее впечатляющие. Так, под брендом Volkswagen концерн сейчас продает клиентам только 2 электрические модели — E-Golf (с начала 2014 года) и E-Up (с конца 2013). Технические характеристики таковы: запас хода у E-Golf — 300 км (и это по старым, менее экологичным нормам), у E-Up — 160 км.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Будущее называется I.

    D.

    В этом году премьер электромобилей от VW не ожидается. Концерн сейчас перестраивает свой завод в немецком Цвикау, где в 2019 году начнется производство совершенно новой линейки электромобилей под общим брендом I.D. Среди прочего — и изображенного на фото микроавтобуса I.D. Buzz.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Другое будущее под названием EQC

    Пытаются наверстать упущенное и в концерне Daimler. Сайт автопроизводителя, оттенив прошлые эксперименты с электромобильностью, уже вовсю рекламирует новую линейку электромобилей марки Mercedes — EQC. Но в серию первая машина EQC — внедорожник — выйдет в середине 2019 года. Следом за внедорожником компания обещает полную линейку на новой технологии, от компакт-класса до премиум-сегмента.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Smart только электрический

    А вот принадлежащая Daimler марка Smart будет полностью переориентирована на электромобильность. С 2020 года машины Smart будут продаваться во всей Западной Европе только с электрическим двигателем. А в США, Канаде и Норвегии от бензиновых Smart отказались еще 2017 году.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    BMW удивит в 2020 году

    BMW уделяла внимание электромобильности больше других немецких автопроизводителей — так что уже имеет в активе две серийные модели машин с электрическими двигателями: i3 (на фото) и i8. Но с запасом хода в 200 км (i3) и у баварских автопроизводителей есть куда расти — поэтому с 2020 года BMW обещает вывести на рынок новые серийные модели электромобилей.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Porsche нужно еще время

    Миллиарды евро инвестирует сейчас в разработки и другая дочерняя фирма Volkswagen — Porsche. Полностью электрическая модель этого бренда ожидается в 2020 году. Предварительное название модели — Taycan.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Opel ждут перемены

    Поклонники выпускающейся в ФРГ марки Opel могли уже с 2012 года купить электромобиль Ampera. Но на самом деле он производился в США. Поэтому после приобретения компании Opel в 2017 году французским концерном PSA новый владелец объявил о планах по выпуску новых электромобилей: в 2020 году на рынок должна выйти новая Corsa с электрическим приводом, а к 2022 — еще четыре модели электромобилей.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Стартапы в эру электромобильности

    Перспективы электромобильности увлекли не только гигантов немецкого автопрома, но и небольшие стартапы. Например, ахенская фирма e.GO Mobile AG, созданная всего лишь в 2015 году, уже к концу 2018 года собирается выпустить на рынок свою первую серийную модель e.GO Life (на фото).

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Почтальон приезжает на электромобиле

    А немецкая почта — Deutsche Post, так и не найдя в 2014 года ни одного автопроизводителя, готового поставить небольшие автофургоны для развоза почты, сама приобрела никому не известную тогда фирму StreetScooter. Фирма прекрасно справилась с заданием, и сейчас по дорогам Германии разъезжает уже более 6 тысяч выпущенных ею желтых электромобилей.

    Автор: Инза Вреде, Павел Лось


что мешает продвижению автомобилей на легком газе :: Свое дело :: РБК

Прощание с бензином

У водородных двигателей долгая и непростая история: еще в 1979 году BMW выпустила первый автомобиль, работающий на этом газе. Однако нефтяные кризисы 1970-х, заставившие задуматься о разработке такого автомобиля, миновали, и вплоть до 2000-х автогиганты положили идею под сукно. Все изменилось в новом веке, когда нефть снова стала дорожать, а правительства задумались о снижении выбросов в атмосферу углекислого газа. Экологичность — один из главных плюсов водородных двигателей, ведь единственный побочный продукт их работы — обычная вода. Ни углекислого газа, ни соединений свинца.

Читайте на РБК Pro

В 2007 году BMW выпустила партию из ста автомобилей Hydrogen 7, способных работать как на бензине, так и на водороде, сопроводив это событие масштабной рекламной кампанией: за рулем таких авто появлялись голливудские звезды Брэд Питт, Анджелина Джоли, Ричард Гир, Шарон Стоун. Однако сотней машин дело и ограничилось: их технические характеристики оставляли желать лучшего. Компания выбрала тупиковый путь: гибридная модель сжигала водород в камере сгорания, и газового баллона в 8 кг хватало всего на 200–250 км. А стоил автомобиль на уровне топовых моделей концерна.

Фото: Paul Sancya / AP

Другие компании извлекли из эксперимента BMW урок. Сейчас уже три фирмы серийно выпускают легковые автомобили на водородных топливных ячейках, использующих топливо более эффективно: в результате электрохимической реакции они вырабатывают энергию, которая подается на электрический двигатель. Первой работающей по такой схеме была машина Hyundai ix35 Fuel Cell, поступившая в автосалоны в начале 2013 года. Годом позже в Японии стартовали продажи Toyota Mirai, а в 2015–2016 годах на японский и американский рынки вышла Honda Clarity. Еще полтора десятка компаний в последние годы объявили о скором выпуске или по крайней мере о начале разработки таких автомобилей. Совершенствование технологий позволило существенно удешевить производство: цена Hyundai ix35 Fuel Cell составляет около $53 тыс. , Toyota Mirai — $57 тыс., Honda Clarity — $59 тыс.

Тем не менее цены кажутся высокими по сравнению с обычными машинами: так, Hyundai ix35 с обычным двигателем стоит от $10 тыс. до 35 тыс. Да и сам водород пока обходится дороже бензина. Но инновационные автомобили не только чище, но и потенциально выгоднее. Согласно подсчетам бывшего главного исследователя по вопросам альтернативной энергии Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) Стива Хенча использовать водород в качестве энергоносителя намного выгоднее, чем обычный бензин. Энергоемкость одного галлона (4,54 л) бензина и 1 кг водорода, эквивалентного ему по объему, почти одинакова: 130 против 130–140 мДж. Галлон бензина в США стоит около $2,90, 1 кг водорода обойдется дороже — в $8,6. Однако если учесть, что термодинамическая эффективность бензина составляет 20–25%, а водорода — 60% и более, получится, что топливные ячейки в 2,5–3 раза эффективнее двигателя внутреннего сгорания. А значит, на том же объеме топлива водородные автомобили смогут проехать в 2,5–3 раза дольше.

Высокая энергия

В России компании также проявляют интерес к водородным технологиям. В 2006 году «Норильский никель» приобрел контрольный пакет акций американского пионера водородной энергетики Plug Power. Однако кризис 2008–2009 годов вынудил «Норникель» продать бумаги.

В 2014 году в России появился производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компании удалось найти свою нишу: она поставляет аккумуляторные системы для дронов, в том числе военных. Топливными элементами AT Energy были, например, оснащены дроны компании «АФМ-Серверс», снимавшие с воздуха Олимпиаду-2014 в Сочи. «Оснащение дронов водородными элементами дает большой выигрыш по длительности полета, кроме того, они перестают зависеть от температуры воздуха», — говорит основатель компании Данила Шапошников.

В июне 2017 года AT Energy подписала стратегическое соглашение с АО «Линде Газ Рус», дочерней компанией производителя промышленных газов Linde Group. Партнеры будут поставлять владельцам беспилотных аппаратов баллоны с водородом производства Linde. Это поможет решить важнейшую проблему водородной энергетики для беспилотников — заправочной инфраструктуры.

Легок на помине

Ажиотаж по поводу самого легкого в природе газа, стартовавший в начале 2000-х, был подхвачен политиками. В 2004 году губернатор Калифорнии Арнольд Шварценеггер рисовал картины «водородных шоссе», которыми будет опоясан его штат всего через шесть лет. Ничего такого, конечно, не произошло. «Автомобильная отрасль консервативна: все новые технологии дорогие, требуют оптимизации моделей по массе и габаритам, испытаний на ресурс», — говорит гендиректор AT Energy Данила Шапошников.

Сказалась и экономическая ситуация. «В глобальном контексте замедление развития водородной энергетики связано с тем, что выбор технологий снижения выбросов в энергетике, транспорте, горнодобывающей промышленности и ЖКХ определяется экономической выгодой, — говорит советник по возобновляемой энергии в MoJo Energy Говард Рамсден, в 2000-х принимавший участие в разработке законодательства Европейского союза в области электроэнергетики. — Если финансовые механизмы стимулирования выбора низкоуглеродных технологий не являются существенными для стимулирования потребителя, то он либо не будет менять своих привычек, либо будет делать это очень вяло. Водородные технологии оказались слишком дороги для производителей в условиях двух глобальных экономических кризисов, где война за покупателя была жесткой».

Проблемы вызваны не только экономической конъюнктурой. Первому элементу таблицы Менделеева то и дело достается от глав технологических компаний. Так, владелец Tesla Илон Маск неоднократно называл топливные ячейки «ошеломляюще тупой технологией», противопоставляя их электрическим аккумуляторам, на которые сделала ставку его компания. Основная претензия заключается в том, что в качестве средства хранения энергии ячейки уступают аккумуляторам, поскольку преобразование химической энергии в электрическую внутри топливного элемента ведет к неизбежным потерям.

Илон Маск (Фото: Marcio Jose Sanchez / AP)

Другие критики отмечают, что водородные автомобили по умолчанию небезопасны. Водород невидим, легко воспламеняется и не имеет запаха, а значит о его утечке водитель не догадается вплоть до взрыва. Правда, и Toyota и Honda специально отмечают, что в их моделях водород хранится в герметичных и ударопрочных контейнерах из углеволокна. И все-таки никакое углеволокно не выдержит сильного удара при ДТП.

И даже подсчеты экономических выгод водорода могут быть обманчивы. «Главная проблема — высокая стоимость производства самих топливных элементов, так как водородные батареи содержат платину, один из самых дорогих металлов в мире, — напоминает Кристиан Цбинден. — Многие заблуждаются, считая водородную энергетику спасением от глобального изменения климата. На самом деле энергия из водорода — это плацебо, поскольку при производстве подобных батарей используется непропорционально большое количество электроэнергии. Поэтому «зелеными» данные технологии назвать нельзя». Самый распространенный в наши дни процесс получения водорода — паровой риформинг метана. Он требует использования углеводородов. Правда, теоретически его можно заменить электролизом воды, энергию для которого будут давать, например, солнечные батареи.

Кроме того, под водородные двигатели нужно строить специальные сети заправок. «Вопрос не столько в разработках производителей двигателей, сколько в подготовке и развитии необходимой инфраструктуры, — считает Никита Игумнов, финансовый эксперт, ранее работавший в инвестпроектах Газпромбанка, в органах управления и контроля МОЭСК и «Мосэнергосбыта». — При реализации данного направления возникнет ряд проблем, требующих решения. Среди них — высокая стоимость производства, хранения и транспортировки топлива, а также необходимость масштабного развития необходимой инфраструктуры: заправки, терминалы хранения, производственные мощности. Все эти вопросы требуют масштабных инвестиций».

Нишевой элемент

И все-таки будет ошибочным считать водородную энергетику тупиковым направлением. «Например, она давно применяется в ракетостроении, но СМИ редко об этом пишут», — отмечает Шапошников. Пока автомобили на топливных элементах делают первые шаги, их меньшие братья — автопогрузчики уже вовсю переходят на самый легкий газ. В июле Walmart приобрела 55 млн акций одного из пионеров водородной энергетики — компании Plug Power, объявив о планах оснастить 30 своих центров дистрибуции водородными автозаправками, где смогут заряжаться погрузчики компании (сейчас такими заправками оснащены 22 американских магазина Walmart). В апреле этого года Amazon.com купила более 50 млн акций Plug Power, параллельно начав оснащать водородными заправками свои склады.

Компании-конкуренты считают, что водород поможет их центрам быть более эффективными. «Складская техника — это ниша, в которой водородные топливные ячейки уже прочно закрепились, — говорит Данила Шапошников. — Электрические аккумуляторы погрузчиков быстро садятся и подолгу заряжаются. Возникают большие паузы в работе. Кроме того, батареи имеют короткий срок службы. А техника на водороде надежна, неприхотлива и, кроме того, экологична — такие погрузчики могут работать в закрытых помещениях».

То, что силовые установки, работающие на водороде, практически бесшумны, делает их привлекательными для производства военной техники. Уже сейчас такими установками оснащают, например, подводные лодки. Водород служит и для нужд домохозяйств: энергетические станции мощностью от 1 до 5 кВт могут вырабатывать электроэнергию в режиме когенерации, попутно давая тепло для системы отопления и нагрева воды.

В Японии такие автономные системы получили широкое признание после аварии на «Фукусиме», когда ядерная энергетика стала восприниматься как нечто страшное. Агентство по природным ресурсам и энергетике Японии рассматривает развитие водородной промышленности как один из приоритетов, рассчитывая за три года довести число используемых домохозяйствами водородных электрогенераторов до 1,4 млн. Кроме того, правительство мотивирует промышленные компании использовать водород в качестве источника электроэнергии на заводах и фабриках. А организаторы летних Олимпийских игр 2020 года в Токио собираются превратить их в демонстрацию возможностей водородных двигателей.

Среди ниш, где водород находит себе применение уже сегодня, — стационарное резервное питание. «Топливные ячейки требуют мало обслуживания: поставил — забыл, — говорит Шапошников. — Когда напряжение в сети падает до нуля, они включаются. Небольшой баллон с газом, установленный, например, на сотовой вышке, даст ей энергии на сутки, пока ремонтная бригада устраняет проблему. Другая ниша — автономное энергоснабжение удаленных пунктов: можно раз в год наполнять газгольдер, обеспечивая электричеством и теплом небольшой поселок полярников где-нибудь в Арктике». Это решение подойдет для многих труднодоступных уголков страны.

Водородная энергетика будет развиваться даже при отсутствии прорыва в автомобильной отрасли, говорят эксперты. Согласно прогнозу Markets&Markets объем мирового производства водорода, который сейчас составляет $115 млрд, к 2022 году вырастет до $154 млрд. Но и в автомобильной промышленности этот элемент рано списывать со счетов. Да, водород высокого давления требует строительства сотен заправочных станций. Но есть более дешевая альтернатива, которую сейчас разрабатывает сразу несколько компаний, в частности один из лидеров по производству топливных ячеек — канадская Ballard Power, делающая пилотный проект для китайского Министерства транспорта. Жидкий химический состав можно будет заливать в обычные бензохранилища, которыми оснащены АЗС, и заправлять им машину как бензином. В специальном реакторе из жидкости будет выделяться газообразный водород, поступающий в топливную ячейку. Голубая мечта Шварценеггера не столь уж и несбыточна.

Автомобиль на водороде. Пора ли прощаться с бензином? / Блог компании Toshiba / Хабр

Привет, Хабр! К нашей прошлой статье о водородной энергетике вы написали очень интересные и справедливые комментарии, ответы на которые вы сможете найти в этом материале, посвященном использованию водорода в автомобилях.

Действительно, в сравнении с бензином водород — одна сплошная проблема: его очень трудно хранить и непросто получать, он взрывоопасен, а водородные автомобили в разы дороже бензиновых. Но при этом водород считается наиболее перспективным видом альтернативного топлива для транспорта. К тому же, на производство водородных автомобилей инвесторы готовы тратить многомиллиардные инвестиции.

Приговор бензину уже подписан


Согласно последнему отчету BP Statistical Review of World Energy 2018, мировые разведанные запасы нефти составляют 1,696 млрд баррелей, чего при сохранении текущего уровня потребления хватит лет на пятьдесят. Неразведанные запасы нефти, предположительно, дадут нам еще полвека углеводородной энергетики, но и стоимость ее добычи может оказаться такой, что нефть попросту станет невыгодна в сравнении с другими источниками энергии. Когда месторождения с удобной добычей истощатся, цена на сырье автоматически пойдет вверх: если сейчас стоимость добычи барреля в России некоторыми оценивается в 2-3 доллара (по альтернативным оценкам, в 18 долларов), то для сланцевой нефти это уже 30-50 долларов. А впереди у человечества реальная перспектива перейти на добычу шельфовой и арктической нефти, цена которой будет еще выше.

Всплеск интереса к электротранспорту в 70-х годах XX века возник как раз на фоне скачкообразного роста цен на нефть из-за политического кризиса — недостатка в сырье не было, но четырехкратный рост цен мгновенно сделал бензиновые автомобили и нефтяную энергетику роскошью.

А еще на пути бензиновых авто встали более спорные препятствия — забота об экологии в городах и странах, где автомобильный выхлоп стал проблемой. Из-за этого, например, Германия приняла резолюцию о запрете производства автомобилей с ДВС с 2030 года. Франция и Великобритания обещают отказаться от углеводородного топлива до 2040 года. Нидерланды — до 2030 года. Норвегия — до 2025 года. Даже Индия и Китай рассчитывают запретить продажи дизельных и бензиновых авто с 2030 года. Париж, Мадрид, Афины и Мексика запретят к использованию дизельные машины с 2025 года.

Сжигание водорода в ДВС


Сжигание водорода в обычном двигателе внутреннего сгорания кажется самым простым и логичным способом применения газа, ведь водород легко воспламеняется и сгорает без остатка. Однако из-за разницы в свойствах бензина и водорода перевести ДВС на новый вид топлива оказалось не так-то просто. Сложности возникли с долгосрочной эксплуатацией движков: водород вызывал перегрев клапанов, поршневой группы и масла, из-за втрое большей, чем у бензина, теплоты сгорания (141 МДж/кг против 44 МДж/кг). Водород неплохо показывал себя на низких оборотах движка, но при росте нагрузки возникала детонация. Возможным решением проблемы была замена водорода на бензиново-водородную смесь, концентрация газа в которой динамически уменьшалась по мере роста оборотов двигателя.


Двухтопливная BMW Hydrogen 7 в кузове E65 сжигает водород в ДВС вместо бензина
Источник: Sachi Gahan / Flickr

Одним из немногих серийных автомобилей, где водород сжигался в ДВС подобно другому топливу, стал BMW Hydrogen 7, вышедший всего в 100 экземплярах в 2006–2008 годах. Модифицированный шестилитровый ДВС V12 работал на бензине или водороде, переключение между видами топлива происходило автоматически.

Несмотря на успешное решение проблемы перегрева клапанов, на этом проекте все равно поставили крест. Во-первых, при сжигании водорода мощность двигателя падала примерно на 20% — с 260 л. с. на бензине до 228 л. с. Во-вторых, 8 кг водорода хватало всего на 200 км пробега, что в разы меньше, чем в случае с дизельными элементами. В-третьих, Hydrogen 7 появился слишком рано — когда «зеленые» автомобили еще не были так актуальны. В-четвертых, ходили упорные слухи, что Агентство по охране окружающей среды США не разрешило называть Hydrogen 7 автомобилем без вредного выхлопа — из-за особенностей работы ДВС, частицы моторного масла попадали в камеру сгорания и там воспламенялись вместе с водородом.

Mazda RX-8 Hydrogen RE — тот случай, когда водород загубил всю динамику роторного двигателя. Источник: Mazda

Еще раньше, в 2003 году, была представлена двухтопливная Mazda RX-8 Hydrogen RE, добравшаяся до заказчиков только к 2007 году. При переходе на водород от мощности легендарного роторного RX-8 не оставалось и следа — мощность падала с 206 до 107 л. с., а максимальная скорость — до 170 км/ч.

BMW Hydrogen 7 и Mazda RX-8 Hydrogen RE были лебединой песней водородных ДВС: к моменту появления этих автомобилей стало окончательно ясно, что куда эффективней использовать водород в давно известных топливных элементах, чем просто жечь.

Топливные элементы в автомобилях


Первым успешным экспериментом по созданию транспортного средства на водородном топливном элементе можно считать трактор Гарри Карла, построенный в 1959 году. Правда, замена дизеля на топливный элемент снизила мощность трактора до 20 л. с.

В последние полвека водородный транспорт выпускался в штучных экземплярах. Например, в 2001 году в США появился автобус Generation II, водород для которого производился из метанола. Топливные элементы создавали мощность до 100 кВт, то есть около 136 л. с. В том же году российский ВАЗ представил «Ниву» на водородных элементах, известную под именем «Антэл-1». Электродвигатель выдавал мощность до 25 кВт (34 л. с.), разгонял авто максимум до 85 км/ч и на одной заправке работал 200 км. Единственный произведенный автомобиль остался «лабораторией на колесах».


Российский автомобиль на водородных топливных элементах — в то время технологии ушли дальше дизайна. Источник: «АвтоВАЗ»

В 2013 году Toyota встряхнула автомобильный мир, представив модель Mirai на водородных топливных элементах. Уникальность ситуации была в том, что Toyota Mirai был не концепт-каром, а готовым к серийному производству автомобилем, продажи которого начались уже год спустя. В отличие от электромобилей на аккумуляторах, Mirai сама вырабатывала электричество для себя.


Toyota Mirai. Источник: Toyota

Электродвигатель переднеприводной Mirai имеет максимальную мощность 154 л. с., что немного для современного электромобиля, но весьма неплохо в сравнении с водородными авто прошлого. Теоретический запас хода на 5 кг водорода составляет 500 км, фактический — около 350 км. Tesla Model S по паспорту может пройти 540 км. Вот только на заправку полного бака водорода уходит 3 минуты, а батарея Tesla заряжается до 100% за 75 минут на станциях Tesla Supercharger и до 30 часов от обычной розетки на 220 В.

Постоянный ток из 370 водородных топливных элементов Mirai преобразуется в переменный, а напряжение увеличивается до 650 В. Максимальная скорость машины достигает 175 км/ч — немного в сравнении с углеводородным топливом, но более чем достаточно для повседневной езды. Для запаса энергии используется никель-металл-гидридный аккумулятор на 21 кВт∙ч, в который передаётся избыток от топливных элементов и энергия рекуперативного торможения. Учитывая японские реалии, при которых населённые пункты могут в любой момент пострадать от землетрясения, в багажнике Mirai 2016-го модельного года установлен разъем CHAdeMO, через который можно организовать электроснабжение небольшого частного дома, что делает автомобиль генератором на колёсах с предельной ёмкостью 150 кВт∙ч.

Кстати, всего за несколько лет Toyota удалось значительно уменьшить массу генератора: если в начале века в прототипах он весил 108 кг и выдавал 122 л. с., то в Mirai топливный элемент вдвое компактней (объем 37 литров) и весит 56 кг. Справедливо будет прибавить к этому 87 кг топливных баков.

Для сравнения, популярный современный турбомотор Volkswagen 1.4 TSI схожей с Mirai мощностью 140–160 л.с. славится своей «лёгкостью» благодаря алюминиевой конструкции — он весит 106 кг плюс 38–45 кг бензина в баке. Кстати, батарея Tesla Model S весит 540 кг!

За 4 км пробега Mirai вырабатывает только 240 мл дистиллированной, относительно безопасной для питья воды — энтузиасты, пробовавшие «выхлоп» Mirai, сообщали только о лёгком привкусе пластика.

Пить воду, слитую из Mirai, безопасно, хотя сперва зрелище шокирует

В Toyota Mirai установлено сразу два бака для водорода на 60 и 62 литра, в сумме вмещающих 5 кг водорода под давлением 700 атмосфер. Toyota разрабатывает и производит водородные баки самостоятельно вот уже 18 лет. Бак Mirai сделан из нескольких слоёв пластика с углеволокном и стеклотканью. Использование таких материалов, во-первых, повысило стойкость хранилищ к деформации и пробитию, а, во-вторых, решило проблему наводораживания металла, из-за которого стальные баки теряли свои свойства, гибкость и покрывались микротрещинами.

Строение Toyota Mirai. Спереди расположен электродвигатель, топливный элемент спрятан под водительским сидением, а под задним рядом и в багажнике установлены баки и аккумулятор. Источник: Toyota

Каковы перспективы?


По оценкам Bloomberg, к 2040 году автомобили будут потреблять 1900 тераватт-час вместо 13 млн баррелей в сутки, то есть 8% от спроса на электричество по состоянию на 2015 год. 8% — пустяк, если учесть, что сейчас до 70% добываемой в мире нефти уходит на производство топлива для транспорта.

Перспективы рынка аккумуляторных электромобилей куда более явные и впечатляющие, чем в случае с водородными топливными ячейками. В 2017 году рынок электромобилей составлял 17,4 млрд долларов, в то время как водородный автомобильный рынок оценивался в 2 млрд долларов. Несмотря на такую разницу, инвесторы продолжают интересоваться водородной энергетикой и финансировать новые разработки.

Примером тому является созданный в 2017 году «Водородный совет» (Hydrogen Council), включающий 39 крупные компании, таких как Audi, BMW, Honda, Toyota, Daimler, GM, Hyundai. Его целью является исследование и разработка новых водородных технологий и их последующее внедрение в нашу жизнь.

В Лондоне появится первая машина скорой помощи на водороде :: Autonews

Ливерпульская компания Ulemco, которая специализируется на переводе коммерческого транспорта на водород, анонсировала новый проект по созданию машины скорой помощи. Об этом сообщает Autocar. Машина экстренной службы на водородных топливных элементах предназначается для использование в Лондоне. Первые водородные автомобили будут переданы местной службе скорой помощи NHS Trustу же этой осенью.

Новинка получит название Zerro (сокращение от Zero Emission Rapid Response Operations). Также в проекте принимают участие компании Lyra Electronics, Ocado и Promech Technologies. В состав силовой установки машины войдут батареи емкостью 92 киловатт-часа и 30-киловаттный блок топливных элементов Ballard.

Баллон с 8 кг водорода установят на крыше машины. Без дозаправки автомобиль сможет проезжать чуть более 320 километров. Максимальная скорость — 145 км в час. Грузоподъемность автомобиля скорой помощи составит примерно 900 килограммов.

На данный момент целый ряд производителей ведут разработку или уже выпускают машины на водородных топливных элементах. Так, в прошлом году концерн Daimler представил модель Mercedes-Benz Genh3, которая стала первым грузовиком немецкой марки с силовой установкой на водородных топливных элементах. Автомобиль пока существует только в виде прототипа, однако немцы обещают наладить серийный выпуск подобных машин в 2024 году.

В свою очередь, компания Hyundai создала отдельный бренд HTWO, под которым корейцы будут развивать технологии и производить силовые агрегаты на водородных топливных элементах. Название HTWO представляет собой расшифровку обозначения молекулы водорода — «h3», а также дает отсылку к английскому слова «Humanity» («Гуманность»).
 

Что касается России, то осенью 2020 г. премьер-министр страны Михаил Мишустин утвердил план развития водородной энергетики на ближайшие четыре года. По его словам, это первый шаг к формированию в России «новой высокотехнологичной отрасли». Один из пилотных проектов этого направления- создание железнодорожного транспорта на метано-водородном топливе.

Китай представил свой первый водородный автомобиль с рекордным запасом хода

Бензиновые автомобили вредят окружающей среде, а электрические — слишком долго заряжаются, поэтому некоторые производители автомобилей ищут спасение в водородных двигателях. Они уже задействованы в некоторых автомобилях Honda и Hyundai, но китайским компаниям до сих пор не удавалось выпустить свою модель. Однако, это наконец-то случилось — первый водородный автомобиль из Китая получил название Grove Obsidian, у него уже есть спортивная версия под названием Granite.

Автомобиль создан молодой, основанной в 2016 году компанией Grove — за три года названная в честь английского физика Уильяма Гроува фирма успела собрать команду и разработать предсерийный экземпляр своей новинки. Компания уверена в преимуществах водородного топлива и его безопасности, однако пока не готова поделиться точными характеристиками автомобиля. Зато людям известны его рекордные, по словам производителя, показатели запаса хода и экономичности.

Первый водородный автомобиль из Китая

Самая главная особенность Grove Obsidian — это запас хода, равный 1000 километрам. Такая характеристика может заинтересовать многих покупателей, потому что другие экологически чистые автомобили не могут похвастаться такими цифрами, и на одном заряде проезжают примерно 750 километров, и это их предел. Например, такой дальностью хода может похвастаться автомобиль Honda Clarity.

Также автомобиль Grove примечателен экономным расходом топлива благодаря облегченному корпусу из углеродных материалов и низким аэродинамическим сопротивлением. Дизайн был разработан человеком, который рисовал внешний вид автомобилей Alfa Romeo и Fiat, поэтому во внешнем виде можно заметить весьма знакомые элементы.

Grove Obsidian — передвижная водородная бомба?

Заправка водородного бака занимает всего лишь 3 минуты, а при езде из выхлопной трубы выходит экологически безопасный водяной пар. Многие могут подумать, что Grove Obsidian похож на передвижную водородную бомбу, но это ошибочное мнение. Топливный бак спроектирован так, чтобы выдерживать любые аварии — если в нем образуется отверстие, водород вытекает из него в сжатом жидком виде и сгорает за 1,5 минуты и разогревает кузов максимум до 47 градусов Цельсия.

Серийное производство Grove Obsidian начнется в 2020 году. За первые 12 месяцев производитель намерен выпустить 5000 автомобилей, а к 2030 году достичь миллионной отметки. Новинка станет основой для других автомобилей компании, и у нее уже есть спортивный вариант Granite с измененным дизайном кузова.

Водородными бывают не только автомобили, но и целые грузовики. Самым известным из них является представленный в 2016 году Nikola One, об особенностях которого можно почитать в нашем материале.

Если вам интересны новости науки и технологий, обязательно подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете эксклюзивные материалы, которые не были опубликованы на сайте!

Автомобиль на водороде – машина будущего?

Двигатели на водородном топливе могу изменить рынок автомобильных перевозок. Автомобиль с таким двигателем получается почти бесшумным, отличается плавным ходом и не загрязняет окружающую среду; всякая вибрация отсутствует. Кроме того, практически отпадает необходимость проводить техническое обслуживание и серьезные механические ремонты.

Сейчас уже есть проекты грузовых автомобилей на водородном топливе, которые находятся в стадии испытаний.

Грузовик Toyota Project Portal уже доставляет грузы между портами Лос-Анджелеса и Лонг-Бич на Западном побережье США (Фото: Toyota)

В конце 2017 года Toyota показал прототип такого грузовика, разработанного в рамках проекта Project Portal. Этот автомобиль уже доставляет грузы в тестовом режиме между портами Лос-Анджелеса и Лонг-Бич на Западном побережье США. В качестве силовой установки грузовик использует два электрических топливных элемента от легкого седана Toyota Mirai.

В начале мая американская компания Nikola Motor Company получила первый заказ на свой грузовик на водородно-электрических элементах. Пивоваренная компания Anheuser-Busch купила 800 грузовиков Nikola. Поставки должны начаться в 2020 году.

В настоящее время есть только один тормозящий фактор — стоимость. Nikola Motor Company предлагает свои грузовики по 400 тыс. долл. Серийные модели легковых автомобилей на водороде тоже стоят дороже традиционных: 79 тыс. евро для модели Mirai Toyota, 60 000 евро для Hyundai.

По данным бельгийского телеканала RTBF, сегодня в этой стране только один человек ежедневно использует такую автомашину. Всего в Бельгии насчитывается 15 подобных автомобилей, но проблема в том, что в стране есть лишь одна АЗС по заправке водородом, в городе Завентем.

Топливный элемент

Заправка таких автомобилей водородом длится менее пяти минут. Стоимость 1 кг водорода составляет 9,99 евро; с этим количеством топлива машина сможет проехать 100 км. Полная заправка рассчитана на 500 км пробега.

Водород из топливного бака поступает в центральный топливный элемент (батарею), где смешивается с кислородом, забираемым из воздуха. В результате реакции производится электроэнергия, которая заставляет работать двигатель. В окружающую среду выбрасывается только вода.

Поставки грузовиков Nikola One должны начаться в 2020 году (Фото: Nikola Motor Company)

Такси на водородном топливе

Пока у новой технологии больше перспектив в легковом транспорте. В Париже уже есть компания Hype, 75 автомобилей-такси которой работают на водороде. Один из водителей этой компании гордо заявляет, что, работая на такой машине, он «спасает планету от загрязнения. Да и клиенты такси едут с чистой совестью и по такому же тарифу, что у таксомоторов с вредными выбросами».

Hype в этом году намерена развернуть свою деятельность и в Брюсселе. Как заявляет владелец компании, это вызвано острой необходимостью сохранения здоровья населения, т. к. автомашины с двигателем внутреннего сгорания загрязняют воздух. Поэтому надо как можно быстрее найти решение по использованию в черте города безвредных автомобилей.

Топливный бак с водородом на борту автомобиля — это уже сегодняшняя реальность. Хотя до широкого общественного использования подобных автомобилей придется подождать до 2030 или даже до 2035 года.

2021 Toyota Mirai Fuel Cell Vehicle

Mirai вырабатывает электроэнергию, соединяя водород с кислородом из внешнего воздуха.

В основе Mirai водород из топливного бака и воздух, поступающий из впускной решетки, встречаются в Стек топливных элементов. Там химическая реакция с участием кислорода воздуха и водорода создает электричество, питающее Мираи. В конце концов, единственный побочный продукт — это вода.

Ограничено показано с доступными 20-дюйм. Диски из алюминиевого сплава Super Chrome.Показан прототип автомобиля с опциями с использованием визуальных эффектов.

Заправить Mirai просто. Там же насос и форсунка, как на бензоколонке. Когда вы накачиваете водород попадает в топливные баки, армированные углеродным волокном, где и хранится. Примерно через пять минут [mirai_fueling] вы будете готовы отправиться в путь.

Ограничено показано в Hydro Blue [extra_cost_color] с доступными 20-дюйм. Диски из алюминиевого сплава Super Chrome. Показан прототип автомобиля с опциями с использованием визуальных эффектов.

УЧИТЬ БОЛЬШЕ

Водородные топливные баки Mirai прошли тщательные испытания и доказали соответствие Глобальным техническим правилам № 13. [mirai_safety] Его топливные баки с полимерным покрытием, обернутым углеродным волокном и футерованным полимером, поглощают в пять раз больше энергии удара, чем сталь. При высокоскоростном столкновении датчики предназначены для остановки потока водорода, и любой вытекший водород быстро улетучится обратно в атмосферу.

Резервуары с водородом показаны с использованием визуальных эффектов.

Мы делаем это еще проще. Mirai поставляется с бесплатным топливом на 15 000 долларов США или на 6 лет при покупке и 15 000 долларов США на бесплатное топливо на 3 года при аренде. После покупки мы предоставим вам топливную карту, поэтому все, что вам нужно сделать, это провести пальцем, чтобы начать заправку. [mirai_comp_fuel2]

Ограничено показано в Hydro Blue [extra_cost_color] с доступными 20-дюйм. Диски из алюминиевого сплава Super Chrome. Показан прототип автомобиля с опциями с использованием визуальных эффектов.

водородных автомобилей — как работают автомобили на водородных топливных элементах

Прямо сейчас вы можете сесть за руль автомобиля, который не сжигает ископаемое топливо, производит нулевое загрязнение или парниковые газы, работает по той же химической реакции, что и ракеты, и имеет в два раза больше пробега, чем Tesla.

Его называют автомобилем на водородных топливных элементах, но если вы не живете в Калифорнии, вы, возможно, никогда не видели его в дороге.

Вы любите крутые машины. Мы любим крутые машины.Давайте вместе поработаем над ними.

В наши дни электромобили, приводимые в движение батареями, кажутся обреченными править нашими дорогами, в то время как водородные автомобили, когда-то считавшиеся транспортным средством будущего, встречаются редко и относительно малоизвестны. Топливные элементы на самом деле имеют множество преимуществ перед конкурентами, включая меньшее количество миль на галлон и более быстрое время дозаправки.

Так что же случилось с обещанными нам водородными автомобилями?

Как работают водородные автомобили

Toyota Mirai, автомобиль на водородных топливных элементах.

Клеменс Билан, Getty Images

Первое, что нужно знать: водородные автомобили — это электромобиля. Мы склонны думать об электромобилях только с точки зрения транспортных средств с батарейным питанием, таких как Teslas, Nissan Leaf и Chevy Bolt, но, несмотря на то, что они работают на газообразном топливе, водородные топливные элементы фактически снабжают свои автомобили электричеством.

«Когда мы говорим об электромобилях, это включает в себя подключаемые гибриды, гибриды, электрика аккумуляторных батарей, топливные элементы и все остальное, что может появиться позже, в котором все еще используется электродвигатель», — говорит Кейт Випке, руководитель программы лаборатории по топливу. клеточные и водородные технологии в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.

Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Но топливный элемент сильно отличается от батареи. Громадная литий-ионная батарея в брюхе Tesla Model S хранит электрическую энергию в виде напряжения между анодом и катодом. Топливный элемент вырабатывает электричество посредством электрохимических реакций между топливом (обычно водородом) и кислородом воздуха.Во время реакции водород и кислород объединяются, чтобы произвести электрическую энергию и безвредный водяной пар в качестве побочного продукта. Если эта начальная химическая реакция достаточно велика, она может переместить весь автомобиль.

Этот танец механики и химии похож на водородно-кислородную реакцию, которая приводит в действие ракетные двигатели (вы, возможно, помните его из «Марсианина»). В этом случае энергия, произведенная в результате реакции, проходит через топливный элемент и производит электричество вместо взрыва. В обоих случаях выделяется огромное количество энергии без токсичных побочных продуктов, что делает водородные топливные элементы таким прекрасным источником энергии для электромобилей.

Сам водород можно получить, запустив этот процесс в обратном направлении, который называется электролизом. Пропускание электрического тока через воду разделяет h3O на водород и кислород. Однако чаще водород производят в промышленных масштабах из природного газа в процессе, называемом паро-метановым риформингом, в котором пар высокой температуры и высокого давления объединяется с природным газом для создания водорода.

Этот танец механики и химии похож на водородно-кислородную реакцию, которая приводит в действие ракетные двигатели.

Этот процесс действительно производит некоторое количество углекислого газа, поэтому само водородное топливо не является чистым на 100 процентов. Но он выгодно отличается от выбросов CO2, связанных с аккумуляторной электричеством и гибридами, и, очевидно, лучше любого транспортного средства, работающего на ископаемом топливе, с точки зрения воздействия на окружающую среду.

Штат Калифорния требует, чтобы по крайней мере 33 процента водорода, который идет в автомобили, должно поступать из возобновляемых источников, с надеждой в конечном итоге перейти к 100-процентной возобновляемой энергии.Это приводит автомобили на топливных элементах в соответствие с электричеством аккумуляторных батарей, работающим от электросети.

Много положительных, один дорогостоящий отрицательный

Ёсиказу ЦуноGetty Images

По мере того, как аккумуляторные электромобили выходят на первый план, автомобильная промышленность борется с двумя их основными недостатками для водителей. Во-первых, полная зарядка автомобиля с аккумулятором может занять несколько часов (если у вас нет доступа к быстрому зарядному устройству), а во-вторых, даже с полностью заряженным аккумулятором большинству электромобилей сложно проехать половину расстояния обычного автомобиля на автомобиле. полный бак бензина.

У автомобилей на топливных элементах таких проблем нет. Водород можно закачивать в топливный бак автомобиля так же, как и газ. Вы можете заправиться быстро, как бензин или дизельное топливо. А когда у него полный бак, автомобиль на топливных элементах может путешествовать так же далеко, как и бензиновый. У Toyota Mirai самый короткий запас хода среди всех коммерческих седанов на топливных элементах, представленных в настоящее время на рынке, и он проезжает 317 миль с полным баком. Это почти на 50 процентов больше, чем 220 миль, которые базовая модель Tesla Model 3 может проехать без подзарядки.

«Вы можете выбрать любой тип электродвигателя и применить его. Здесь нет никаких препятствий».

«Если вы посмотрите, сколько энергии на самом деле протекает через вашу руку, когда вы держите дозатор возле бензонасоса, то это порядка 1-2 мегаватт», — говорит Випке. Сравните это с 2 киловаттами — в тысячу раз меньшим энергопотреблением — которые доступны в стандартной розетке. Легко понять, почему у аккумуляторной батареи такое долгое время зарядки.

«С водородом вы все еще перемещаете молекулы, — объясняет он. — Если у вас достаточно давления и пути потока с низким сопротивлением, вы можете очень быстро протолкнуть молекулы от станции к машине».

Как только эти молекулы попадают в машину, разница между автомобилем на топливных элементах и ​​автомобилем с батарейным питанием невелика. Автомобили с аккумуляторными батареями славятся своей невероятно высокой производительностью — Tesla установила рекорд от 0 до 60 с рекордом в 2017 году. Но, по словам Стивена Эллиса, менеджера по автомобилям на топливных элементах в американской Honda, автомобили на топливных элементах могут удержать свои собственные.

«Поместите достаточное количество двигателя в [Honda] Clarity, и он также сможет разгоняться от 0 до 60», — говорит он. «Опять же, топливный элемент Clarity — это полностью электрический автомобиль. Вы можете выбрать любой тип электродвигателя и применить его. Там нет преград ».

Однако в настоящее время все эти преимущества имеют высокую цену. Автомобиль на топливных элементах Honda Clarity в настоящее время сдается в аренду почти вдвое дороже, чем его модель с аккумулятором. К счастью, сюда входит стоимость топлива, которая в настоящее время составляет около 14 долларов за килограмм водорода.Что касается энергии, это эквивалентно примерно 5,60 доллара за галлон бензина. Стоимость как транспортного средства, так и топлива со временем должна снизиться, но на данный момент преимущества топливных элементов будут иметь высокую цену.

Заливка … Где именно?

Томохиро ОсумиGetty Images

Теперь мы подошли к большому камню преткновения для автомобилей на топливных элементах: сегодня практически невозможно получить топливо за пределами Калифорнии.Калифорнийское партнерство по топливным элементам перечисляет 40 действующих водородных заправочных станций, почти все в Лос-Анджелесе или в районе залива. Если владелец автомобиля на топливных элементах хочет поехать в другую часть страны, ему не повезло.

«Потребители любят автомобили», — говорит Випке. «Задача действительно заключалась в том, чтобы построить заправочные станции достаточно быстро, чтобы удовлетворить спрос».

Хотя промышленность топливных элементов не удовлетворяет этот спрос, это происходит не из-за отсутствия попыток. Отрасль открывает примерно одну новую заправочную станцию ​​в месяц и приближается к достижению своей цели — 200 станций в Калифорнии к 2025 году.Даже в этом случае водород останется далеко позади примерно 8 500 заправочных станций, находящихся в настоящее время в штате, а также 17 000 электрических зарядных станций для транспортных средств с аккумуляторными батареями.

В других странах водородная инфраструктура практически отсутствует в остальной части США, а автомобили на топливных элементах не продаются в большинстве штатов. Есть пара заправочных станций в Нью-Йорке и Коннектикуте, но Уипке говорит, что Северо-Восток отстает от Калифорнии на четыре-пять лет. С его плотностью населения и политическим климатом Северо-Восток действительно может стать местом следующего водородного бума.Но построить надежную сеть будет сложнее, чем в Калифорнии.

Автобус Управления транспорта округа Ориндж на водородных топливных элементах.

OCTA

«Проблема заключалась в том, что это не один штат, поэтому вам нужно привлечь к работе множество людей, которые будут чувствовать себя комфортно с этой технологией», — говорит Випке. «Это более медленный процесс».

По его оценкам, потребуются годы, прежде чем автомобили на топливных элементах станут жизнеспособным средством передвижения в Нью-Йорке.Хотя это далеко позади гибридной и электрической инфраструктуры, Випке считает, что водородные автомобили могут сократить разрыв.

«Одна из причин, по которой производители автомобилей так взволнованы водородом, заключается в том, что он предоставляет им платформу для транспортных средств с нулевым уровнем выбросов, которая фактически может заменить все автомобили в их парке», — говорит он. «Если у вас очень большой грузовик или внедорожник, способный буксировать и увеличивать запас хода, заменить эти автомобили на электрический привод будет довольно сложно, если вы не используете водород.”

Некоторые из этих автомобилей уже существуют или находятся в разработке. General Motors исследует пикап на топливных элементах, Hyundai представила внедорожник на топливных элементах, а Toyota потратила последние три года на проектирование и испытания тягача с водородным двигателем. Жители округа Ориндж могут добраться до места назначения на автобусе на топливных элементах с 2016 года, и по стране курсирует 25 таких автобусов.

Хотя большинство американцев никогда не видели транспортных средств на топливных элементах, когда-нибудь рядом с вами будет построена водородная заправочная станция.Как только они станут обычным явлением на северо-востоке, заправочные станции начнут расширяться вглубь от побережья, и, по оценке Випке и Эллиса, через несколько десятилетий заправочные станции — а вместе с ними и водородные автомобили — будут практически повсюду.


Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Как электромобили на топливных элементах работают с использованием водорода?

Как и полностью электрические транспортные средства, электромобили на топливных элементах (FCEV) используют электричество для питания электродвигателя.В отличие от других электромобилей, FCEV вырабатывают электричество, используя топливный элемент, работающий на водороде, а не потребляя электричество только от батареи. В процессе проектирования транспортного средства производитель транспортного средства определяет мощность транспортного средства размером электродвигателя (двигателей), которые получают электроэнергию от комбинации топливного элемента и батареи соответствующего размера. Хотя автопроизводители могут спроектировать FCEV с возможностью подключения для зарядки аккумулятора, большинство FCEV сегодня используют аккумулятор для возврата энергии торможения, обеспечения дополнительной мощности во время коротких событий ускорения и для сглаживания мощности, поступающей от топливного элемента с возможностью холостого хода. или выключите топливный элемент при низкой потребляемой мощности.Количество энергии, хранящейся на борту, определяется размером водородного топливного бака. Это отличается от полностью электрического транспортного средства, где количество доступной мощности и энергии тесно связаны с размером батареи. Узнайте больше об электромобилях на топливных элементах.

Изображение в высоком разрешении

Ключевые компоненты электромобиля на водородных топливных элементах

Аккумулятор (вспомогательный): В транспортном средстве с электроприводом вспомогательная аккумуляторная батарея обеспечивает электричеством для запуска автомобиля до включения тягового аккумулятора, а также обеспечивает питание аксессуаров транспортного средства.

Аккумулятор: Этот аккумулятор накапливает энергию, вырабатываемую при рекуперативном торможении, и обеспечивает дополнительную мощность тяговому электродвигателю.

Преобразователь постоянного тока в постоянный: Это устройство преобразует мощность постоянного тока высокого напряжения от тягового аккумуляторного блока в мощность постоянного тока низкого напряжения, необходимую для работы аксессуаров автомобиля и подзарядки вспомогательной аккумуляторной батареи.

Электрический тяговый двигатель (FCEV): Используя энергию топливного элемента и тягового аккумулятора, этот двигатель приводит в движение колеса автомобиля.В некоторых автомобилях используются мотор-генераторы, которые выполняют как приводную, так и регенеративную функции.

Блок топливных элементов: Набор отдельных мембранных электродов, которые используют водород и кислород для производства электричества.

Заливная горловина: Форсунка топливораздаточной колонки присоединяется к резервуару на транспортном средстве для заправки топливного бака.

Топливный бак (водород): Хранит газообразный водород на борту автомобиля до тех пор, пока он не понадобится топливным элементам.

Контроллер силовой электроники (FCEV): Этот блок управляет потоком электроэнергии, подаваемой топливным элементом и тяговой батареей, регулируя скорость электрического тягового двигателя и создаваемый им крутящий момент.

Тепловая система (охлаждение) — (FCEV): Эта система поддерживает надлежащий диапазон рабочих температур топливного элемента, электродвигателя, силовой электроники и других компонентов.

Трансмиссия (электрическая): Трансмиссия передает механическую энергию от тягового электродвигателя для привода колес.

Автомобили на водородных топливных элементах: что вам нужно знать

Помимо тонкой сети заправочных станций, есть еще одна причина низкого спроса на автомобили на водородных топливных элементах: их относительно дорого покупать. Несколько моделей автомобилей на топливных элементах, которые уже доступны на рынке, стоят около 80 000 долларов США за автомобиль среднего или высшего класса. Это почти вдвое больше, чем у сопоставимых полностью электрических или гибридных автомобилей.

Есть ряд причин, по которым автомобили на водородных топливных элементах все еще дороги.В дополнение к небольшим объемам, что означает, что производство еще предстоит индустриализировать, существует также вопрос о потребности в драгоценном металле, платине, которая действует как катализатор при производстве электроэнергии. Количество платины, необходимой для топливных элементов транспортных средств, уже значительно уменьшено. «Общая цель — снизить цены на автомобили с водородным двигателем до уровня, аналогичного цене других электромобилей», — объясняет Рюкер.

Другой причиной высокой закупочной цены является то, что автомобили на водородных топливных элементах, как правило, довольно большие, поскольку водородный бак (и) занимает много места.С другой стороны, привод для электромобиля с чисто аккумуляторным приводом также подходит для небольших автомобилей. Вот почему классические электромобили в настоящее время можно найти во всех классах автомобилей.

Помимо стоимости покупки, эксплуатация затраты также играют важную роль в рентабельности и приемлемости двигательной технологии. В автомобилях с водородными топливными элементами эти затраты не в последнюю очередь зависят от цены на топливо. В настоящее время 1 фунт (0,45 кг) водорода стоит около 14 долларов США в США.S. по сравнению с 4,80 долл. США в Германии (это цена, о которой договорились партнеры h3 Mobility). FCEV может проехать около 28 миль (45 км) на 1 фунте (0,45 кг) водорода.

Таким образом, стоимость километра пробега водородных автомобилей в настоящее время почти вдвое выше, чем у автомобилей с аккумуляторным питанием, заряжаемых дома. Rücker ожидает, что эти эксплуатационные расходы сойдутся: «Если спрос на водород возрастет, цена может упасть примерно до 2,50 доллара США за фунт (5,60 доллара США за кг) к 2030 году».

Почему мы все еще не можем выполнить обещание о водородных автомобилях

Предсказывать будущее всегда рискованно.Но уже давно было ясно, что транспортные средства являются одним из основных источников загрязнения воздуха, которое уносит тысячи жизней в год только в США из-за болезней легких, астмы, рака и т. Д. И в конечном итоге мир должен был перейти к автомобилям, которые не обращались с нашим общим воздухом как с гигантским мусорным баком, выбрасывая токсичные вещества при каждом включении.

Две технологии могут обеспечить автомобили с нулевым уровнем выбросов: аккумуляторно-электрические силовые агрегаты и водородные топливные элементы. На протяжении десятилетий водород считался «топливом будущего», а электромобили ограничивались нишей небольших городских автомобилей ближнего действия.

Дело не в этом. И поскольку 2020 год, кажется, станет важным годом для разработки электромобилей — не говоря уже о пандемии, — стоит изучить, как это произошло.

Электромобили затопили автомобили с водородом

Все сводится к двум вещам: стоимости аккумуляторных батарей и заправочной инфраструктуре. За последние 10 лет консенсус по обоим вопросам радикально изменился.

Несмотря на более чем полувековую разработку, начиная с 1966 года, когда компания GM выпустила Electrovan, автомобили на водородных топливных элементах остаются небольшими по объему, дорогими в производстве и ограниченными для продажи в нескольких странах или регионах, построивших водородные заправочные станции.

Тойота

Развитие водородных транспортных средств было медленным, но устойчивым; Toyota Mirai 2016 года стала первым подобным автомобилем, когда-либо выпускавшимся объемом от 1000 штук в год. Toyota заявляет, что ее преемник 2021 года будет построен в 10 раз больше. (Это также гораздо более впечатляюще визуально, чего нельзя было сказать о его поразительном и неуклюжем предшественнике. Теперь и задний привод.)

Между тем, через 10 лет после того, как первые современные электромобили поступили в продажу, электромобили продаются в низкие миллионы в год во всем мире — на два порядка больше, чем у водородных аналогов.Скорее всего, они пока не приносят стабильной прибыли ни одному производителю, включая Tesla, но General Motors и Volkswagen говорят, что это изменится в ближайшие несколько лет, задолго до 2030 года. вес его государственной и промышленной политики для автомобильной промышленности страны, а не водородные топливные элементы. Он намерен доминировать в мировом производстве автомобилей со штепсельными вилками так же, как он уже делает фотоэлектрические солнечные элементы — и скоро сделает это в литий-ионных аккумуляторных элементах.

Цифры неуместны

Первая Toyota Mirai была доставлена ​​в США в ноябре 2015 года. Со временем к ней присоединились топливный элемент Honda Clarity Fuel Cell и Hyundai Nexo. Все они работают на водороде и не имеют выхлопных газов, кроме конденсированного водяного пара. Это единственные три автомобиля с водородным двигателем, которые вы можете арендовать или купить.

Тойота

Оригинальная Toyota Mirai.

С 2012 года в США было продано около 8000 автомобилей, работающих на водороде.S. Они могут работать только в Калифорнии, потому что это единственное место с (дорогой и пока ненадежной) водородной топливной сетью. Они могут путешествовать по большей части штата, но из Лос-Анджелеса в Тусон и обратно? Невозможно сделать.

Напротив, спустя почти 10 лет после начала эры современных электромобилей (которая началась в декабре 2010 года) в США было продано 1,3 миллиона электромобилей и гибридных автомобилей с подзарядкой от аккумулятора. не Tesla, но это, по крайней мере, возможно.

Препятствия для любых автомобильных инноваций значительны, и переход на топливо (или, технически, на энергоносители) является одним из самых сложных. Этанол не изменил правила игры, как ожидалось 15 лет назад. Что касается легковых автомобилей с дизельным двигателем, то мы знаем, чем закончилась эта история .

Между тем автомобили с пробками идут все сильнее. Это происходит не из-за того, что можно назвать «естественным» рыночным спросом, а благодаря строгим национальным и региональным нормам, призванным сократить выбросы выхлопных газов дорожных транспортных средств.Производители автомобилей рассматривают электромобили как лучший ответ на эти правила, чем автомобили на водородных топливных элементах.

На самом деле ничего нового

Электромобили были с нами с самого начала автомобильной эры. В 1900 году на них приходилась треть всех продаж автомобилей, остальное приходилось на паровые машины и бензин. Их ограничением был диапазон их батарей, основанный на свинцово-кислотном составе, который все еще присутствует в ваших 12-вольтовых стартерных батареях сегодня.

Изобретение электрического самостартера в 1912 году означало, что водители больше не рисковали сломанной рукой, просто заводя свой бензиновый автомобиль.А более высокая плотность энергии топлива (что означает больший радиус действия) позволила ему превзойти батареи. Обратные стороны — от выбросов до отравления свинцом из-за присадок к бензину — не стали бы акцентироваться до 1950-х годов.

Mazda

Mazda HR-X водородный шоу-кар с 1991 года.

Начиная с 1990-х годов, потребительская электроника предоставила технологию для создания более совершенных электромобилей.Внезапно потребность в хранении энергии в небольших, легких и сложных устройствах привела к созданию и массовому производству литий-ионных аккумуляторных батарей, которые 30 лет назад появились на рынке в виде видеокамер Sony. Его удельная энергия в два раза выше, чем у никель-металлогидридных элементов (использовавшихся в 20-летних гибридах Toyota), и в четыре раза выше, чем у старых надежных свинцово-кислотных аккумуляторов.

С тех пор рентабельность небольших литий-ионных элементов улучшалась в среднем на 7 процентов в год. Это не закон Мура, но он лучше, чем повышение эффективности двигателя: за 140 лет термический КПД бензинового двигателя внутреннего сгорания вырос с 20 до 50 процентов (в идеальных условиях в сочетании с гибридной силовой установкой).

Эти аккумуляторные элементы для электромобилей дешевели намного быстрее, чем ожидалось даже 10 лет назад. К 2025 году ожидается, что стоимость большой аккумуляторной батареи (60 киловатт-часов, скажем, для дальности более 200 миль) упадет до «Святого Грааля» — 100 долларов за киловатт-час или меньше. Именно тогда цены на электромобили должны начать сравняться с сопоставимыми бензиновыми автомобилями.

Новаторство — это сложно

История автомобильных технологий предполагает, что компании, изобретающие или внедряющие новые технологии, могут не быть теми, кто в конечном итоге получает от этого прибыль.Помните, какая компания выпустила первый переднеприводный автомобиль с поперечным расположением двигателя в 1959 году? (Подсказка: сегодня его больше нет.)

Пионеры делают ошибки. Для США одной из таких ошибок стало предположение крупных автопроизводителей о том, что покупатели будут стремиться к электромобилям с аккумулятором с номинальным пробегом, скажем, 75 миль. Они этого не сделали. В Америке мы любим дальние поездки. (Тесла понял это.)

GM

Водородный концепт Hummer 2004 года выпуска.

Оказалось, что еще одна ошибка заключается в том, что не объясняется реальность того, что электромобили заряжаются дома или на работе — медленно, ночью или в течение восьмичасового рабочего дня — на 80 или 90 процентов пройденных ими миль, но людям нужна уверенность в дороге. быстрая зарядка. (Результатом стала сеть Tesla Supercharger.) И есть много других.

Теперь, спустя 10 лет, мы знаем несколько вещей:

  • 200 миль — это минимальная дальность, необходимая для получения U.S. покупатели рассматривают электромобиль; 300 миль лучше.
  • Те, кто плохо знаком с электромобилями, не могут представить себе или не могут «понять» домашнюю зарядку.
  • Общедоступная зарядка по-прежнему недостаточно заметна, недостаточно распространена или достаточно быстрая.
  • Большинство потребителей не хотят рисковать новой технологией, предпочитая сначала позволить другим проверить ее; и
  • У вас должны быть электромобили всех типов транспортных средств и нескольких моделей, чтобы сделать их серьезными соперниками — а в наши дни это означает кроссоверы, внедорожники и пикапы.

Итак, со всеми этими препятствиями, с которыми сталкиваются электромобили, почему вместо этого не начали использовать автомобили на водородных топливных элементах?

Основная причина заключается в занудном, специализированном слове, которое недооценивают в реальном мире. Это инфраструктура, глупо.

Другие включают в себя реалии сокращения выбросов CO2, мираж «быстрой заправки», который продавал регуляторы на водородных транспортных средствах 25 лет назад, и простой вопрос стоимости заправки.

Заправка топливом

В частности, оказалось чрезвычайно сложно, сложно и дорого построить и поддерживать сеть заправочных станций для потребителей, которые надежно, быстро и безопасно доставляют взрывоопасный газ, сжатый до 10 000 фунтов на квадратный дюйм.

Десять лет назад Закон о собрании Калифорнии 8 предусматривал план потратить 100 миллионов долларов на создание сети из 100 водородных заправочных станций к 2020 году. Каждая из них стоит около 2 миллионов долларов, по крайней мере, в 2014 году. Штат не достигнет этой цели, но он остается единственным государством из 50, где водородные автомобили могут эксплуатироваться для повседневного использования.

По состоянию на 8 апреля, согласно данным California Fuel Cell Partnership, в штате было 40 действующих водородных станций. Еще девять строились или готовились к открытию.Еще девять находились на различных стадиях планирования, а три были перечислены как неработающие. Спустя почти пять лет после того, как была поставлена ​​первая Toyota Mirai, это не очень впечатляет.

Mazda

Просто поддерживать станции в рабочем состоянии было проблемой. Как обнаружили обиженные водители топливных элементов в Северной Калифорнии, тонкая сеть заправки бесполезна, если ваше снабжение будет прервано.

В июне прошлого года на заводе по поставке водорода Air Products в Санта-Кларе произошел взрыв, в результате которого было отключено снабжение 9 из 11 заправочных станций этого района. Это привело к тому, что дизельные грузовики возили цистерны со сжатым водородом за сотни миль к северу от Южной Калифорнии за ночь, а разъяренные владельцы установили будильники в предрассветные утренние часы, чтобы вовремя добраться до заправочных станций, чтобы воспользоваться сокращенным запасом водорода, необходимым для заставляют их машины работать.

Дефицит длился до осени, и Toyota вынудила Toyota возместить арендные платежи за несколько месяцев водителям Mirai по всему штату, даже тем водителям в Южной Калифорнии, которые не пострадали от отключения.Можно представить, как они с тоской смотрят на владельцев Tesla, которые могут подключаться к сети дома или на работе или пользоваться сетью компании, состоящей из сотен сайтов Supercharger.

Более того, ожидалось, что сеть из 75 станций в Калифорнии будет обслуживать только 17 000–24 000 водородных автомобилей в 2020 году. Сегодня в штате уже есть полмиллиона автомобилей с подзарядкой от электросети. Мы упоминали, что большинство из них заряжаются за ночь дома или в течение дня на работе?

В мировом масштабе Япония и Германия обладают наиболее развитой национальной инфраструктурой для заправки водородным топливом.Несколько лет назад Германия объявила о планах построить 100 станций к 2018 году и 400 к 2025 году. Уже в 2018 году она опередила США (то есть Калифорнию) по тахеометрам.

Ожидается, что глобальным дебютом японской «водородной экономики» с автомобилями на топливных элементах станут Олимпийские игры 2020 года в Токио. Это мероприятие, очевидно, сейчас отложено. И автомобили с нулевым уровнем выбросов, вероятно, не будут в центре внимания тех немногих клиентов, которые все еще покупают автомобили прямо сейчас.

Углеродный след

Калифорния стала первым штатом, решившим проблему выбросов транспортных средств, введя в действие клапаны принудительной вентиляции картера (PCV) в 1960 году.Национальные правила выбросов, начиная с 1975 года, ограничивали объемы окиси углерода (CO), оксидов азота (NOx) и несгоревших углеводородов (HC) из выхлопных труб до уровня, при котором выбросы этих веществ составляют менее 1 процента от их уровня в 1974 году. машина.

Но Калифорния рано осознала угрозу изменения климата и начала ограничивать выбросы углекислого газа (CO2) — газа, вызывающего глобальное потепление, которое прямо пропорционально количеству сожженного топлива. Штат также потребовал, чтобы с 2012 года было продано все больше автомобилей без выбросов вредных веществ.Наряду с аналогичными законами в Европе, а затем и в Китае, именно это привело к появлению современных электромобилей и автомобилей на водородных топливных элементах.

Но до тех пор, пока вся электроэнергия не будет полностью возобновляемой, водородные автомобили всегда будут иметь более высокие выбросы CO2 на милю, чем электромобили, если начать с того же киловатт-часа. В электромобиле вы производите электричество, отправляете его по проводу, заряжаете аккумулятор, а затем разряжаете аккумулятор, чтобы повернуть колеса. Конец истории.

В водородном транспортном средстве вы используете это электричество для крекинга сырья (сегодня в основном природного газа) для получения водорода.Затем вы должны сжать этот водород, обычно за пределами площадки, и доставить его на заправочную станцию, где он хранится, а затем сжимается в баке автомобиля.

Там он поступает в батарею топливных элементов, где снова превращается в электричество (возможно, с КПД 60%)… который вращает тот же двигатель, что и в электромобиле, для приведения в движение колес.

В результате электромобили оставляют следы выбросов CO2 на милю от одной трети до половины по сравнению с автомобилями на топливных элементах. Имейте в виду, что водородный автомобиль все же лучше, чем ваш средний бензиновый автомобиль с расходом 25 миль на галлон.Но электромобиль еще лучше. Регуляторы начали замечать.

Сторонники водорода, кстати, иногда публикуют исследования, которые показывают, что водород имеет преимущество в отношении СО2. Они, как правило, отбирают данные — используя, например, наилучший вариант использования водорода по сравнению со средним показателем по всей выработке электроэнергии в США. Вот один.

Быстрая заправка

Одним из помещений, где первоначально продавались регуляторы на водородных транспортных средствах, была «быстрая заправка», то есть возможность восстановить большую часть номинального запаса хода автомобиля за 5 минут заправки.Водородные станции обещают это, и часто это делают, но зарядка электромобилей, конечно, не сделала этого. Даже станциям Tesla Supercharger, запущенным в конце 2012 года, требовалось от 25 до 40 минут, чтобы зарядить аккумулятор до 80 процентов емкости.

BMW

BMW Hydrogen 7 2000-х годов.

Но теперь все изменилось. Porsche Taycan может заряжаться до 270 киловатт, что означает 20-минутную перезарядку до 80 процентов.С более крупными аккумуляторными блоками возможна мощность 350 кВт, что сокращает время до 15 минут. Конечно, это не пять минут, но если учесть перерывы в ванной, покупку кофе или газированных напитков и проверку телефона, это, вероятно, достаточно близко, чтобы не иметь значения в длительных поездках.

Стоимость за милю

Стоимость заправки топливных элементов Toyota Mirai или Honda Clarity Fuel Cell сжатым водородом превышает 50 долларов. С более крупной инфраструктурой и большим количеством автомобилей на дорогах, говорят компании, занимающиеся водородным топливом, стоимость снизится до уровня стоимости за милю бензина.

Эти цифры могли быть правдоподобными в будущем с бензином за 4 доллара. При ценах от 1 до 2 долларов за галлон в США сегодня они кажутся менее вероятными. Стоит отметить, что домашняя зарядка электромобиля в среднем стоит столько же, сколько бензиновый, если бы бензин продавался по 1 доллару за галлон.

Все это не имеет значения, если у электромобилей более высокие цены, чем у «обычных» автомобилей, как сегодня. Но в течение этого десятилетия они достигнут паритета. Тогда в игру могут вступить гораздо более низкие эксплуатационные расходы электромобилей — по крайней мере, для более умной половины пары, покупающей автомобили.Кому, кстати, может понравиться идея никогда больше не ходить на заправку?

Рейтинг автопроизводителей

Практически каждый автопроизводитель в мире планирует выпустить больше моделей и увеличить объемы электромобилей до 2020-х годов. Китайские производители вынуждены; европейцы хотят этого, потому что их регуляторы верят в науку; и даже у Detroit 2.5 есть планы по созданию больших электрических грузовиков, которые, как они надеются, понравятся покупателям из США.

Но с водородом картина значительно разнообразнее.Volkswagen Group занимается электричеством и недавно зашла так далеко, что выпустила пресс-релиз, в котором объясняется, почему водород не является ее предпочтительным способом. Альянс Nissan-Renault-Mitsubishi первым представил Leaf EV 10 лет назад и не планирует выпускать массовые водородные автомобили, поскольку готовится к запуску расширенного нового поколения электромобилей с аккумуляторной батареей в этом или следующем году. В настоящее время у компании также есть гораздо более серьезные проблемы, связанные с арестом ее бывшего генерального директора. Ни Ford, ни Fiat Chrysler не содержат ничего существенного в автомобилях на водородных топливных элементах.

Центр наследия GM

GM имеет большой опыт работы с водородными автомобилями, начиная с того Electrovan. В конце 2000-х он управлял крупнейшим парком водородных транспортных средств в мире под эгидой Project Driveway, программы испытаний 100 кроссоверов Chevy Equinox, переоборудованных для работы на водороде. Его банкротство и реструктуризация заморозили эти усилия, а его работа с водородом в настоящее время ограничивается военными и грузовыми автомобилями большой грузоподъемности.

В Германии после выхода Dieselgate автогигант VW Group теперь полностью посвятил себя производству аккумуляторных электромобилей. В конце апреля Daimler внимательно посмотрел на свои планы развития на будущее и отменил все свои планы разработки водородных топливных элементов для легковых автомобилей.

Южнокорейский Hyundai-Kia делает все, что делает любой автопроизводитель, и у него есть один из трех специализированных автомобилей на водороде — внедорожник Hyundai Nexo. Это очень красивый автомобиль, выпускаемый очень небольшими объемами.

Honda

Японцы являются ведущими сторонниками водородного транспорта, и в первую очередь это самый прибыльный в мире производитель автомобилей.Toyota давно предвидела переход к более чистым автомобилям во главе с гибридно-электрическими силовыми агрегатами, пока автомобили на водородных топливных элементах не будут готовы к массовому выпуску в период с 2025 по 2040 год. И через 10 лет после появления современных электромобилей он останется полностью и внутренне противостоят им — строят их в Китае только потому, что этого требует правительство этой страны.

Honda почти так же предана своему делу и фактически предложила первый «серийный» водородный автомобиль еще в 2008 году в виде около 200 седанов Clarity FCX.Преемник этого автомобиля, флагманская модель Clarity Fuel Cell, также используется в качестве основы для малолитражного электромобиля с малым радиусом действия и более производимого подключаемого гибридного автомобиля. Honda только что объявила, что GM построит для нее два отдельных электромобиля, но, похоже, она по-прежнему привержена автомобилям на топливных элементах.

Электромобили понять несложно. Tesla и ее яростные фанаты превратили технологию в стильную, продав 1 миллион электромобилей. А электрическая «заправочная» инфраструктура в большей или меньшей степени уже существует.Так что же такого хорошего в водородных автомобилях?

В конце концов, судьба водородного автомобиля может стать — в глобальном масштабе — изюминкой, которую циники всегда использовали, услышав предсказание: «Водородные автомобили — это технология будущего».

«И так будет всегда».

Джон Фелькер редактировал Green Car Reports в течение девяти лет, опубликовав более 12 000 статей о гибридах, электромобилях и других транспортных средствах с низким и нулевым уровнем выбросов и об энергетической экосистеме вокруг них.Его работы публиковались в печати, в Интернете и на радио, включая Wired, Popular Science, Tech Review, IEEE Spectrum и NPR’s «Все учтено».

Водородные топливные элементы: есть ли будущее у водородных автомобилей?

Водород — самый распространенный элемент на планете, и его двигатели приводились в действие еще в 1807 году, и он также является самым чистым видом топлива. Однако водород не получил широкого распространения в автомобильном мире. Многие производители экспериментировали с этой технологией, и, хотя некоторые из них взяли на себя обязательство производить автомобили с водородным двигателем в небольших количествах, массовое внедрение все еще выглядит далеким.Если это вообще когда-нибудь случится.

Между тем, продажи электромобилей продолжают расти: за год до ноября 2020 года было продано на 162% больше электромобилей с аккумуляторными батареями по сравнению с тем же периодом 12 месяцев назад. И благодаря такому интересу производители могут позволить себе вкладывать деньги в электромобили вместо нишевых технологий, таких как водород.

Еще одна причина проблем с водородными автомобилями — это существующая инфраструктура. В Великобритании всего несколько водородных заправочных станций, которых недостаточно, чтобы водители могли работать с бензином и дизельным топливом.

Тем не менее, водород может быть частью автомобильной отрасли в ближайшие годы. Мы поехали в Суиндон — самопровозглашенную столицу водорода в Великобритании — чтобы узнать, как может выглядеть будущее водорода.

Первый аргумент скептиков против водородных транспортных средств состоит в том, что они менее эффективны, чем электромобили. Поскольку водород не встречается в природе, его нужно извлекать, а затем сжимать в топливных баках. Затем он должен смешаться с кислородом в батарее топливных элементов, чтобы произвести электричество для питания двигателей автомобиля.Циники указывают на потерю эффективности в этом процессе по сравнению с электромобилем, в котором электричество поступает прямо от аккумуляторной батареи.

В некоторой степени это правда, но не ожидается, что автомобили с водородным двигателем заменят электромобили. Вместо этого для таких производителей, как Toyota, водород будет дополнять электроэнергию, и для этого есть веская причина: это и будет самым чистым топливом из возможных.

«Каждый крупный производитель либо изучает автомобили на водородном топливе, либо работает над ними», — говорит Джон Хант, менеджер по маркетингу Toyota и руководитель отдела коммерциализации автомобилей на водородных топливных элементах.

«Производство литий-ионных аккумуляторов [для электромобилей] очень энергоемкое. Например, аккумулятор на 100 кВт / ч обеспечит потенциальную дальность действия 250 миль, и для производства этой батареи потребуется около 20 тонн CO2 », — говорит Хант.

«Типичного аккумулятора хватает на 150 000 миль, что соответствует примерно 83 г / км CO2. Затем, если учесть зарядку на том же расстоянии, тот же аккумуляторный автомобиль будет выделять 124 г / км CO2 в течение своего срока службы », — поясняет он.

Для сравнения: у современных водородных автомобилей выбросы в течение жизненного цикла не менее низки. Недавнее исследование показало, что водородный автомобиль, такой как Toyota Mirai, выделяет около 120 г / км CO2 в течение своего срока службы. Но это может быть значительно уменьшено, если водород производится из возобновляемых источников энергии.

Обычный метод производства водорода включает отделение его от природного газа (с использованием процесса, называемого паровым преобразованием метана), но ведутся работы по получению водорода из биомассы, что значительно снизит выбросы водорода в течение жизненного цикла до примерно 60 г / км. СО2.Это ниже уровня, которого могут достичь электромобили, даже если электричество получают из возобновляемых источников, из-за экологических затрат на производство аккумуляторов.

Водород — это топливо, которое нельзя игнорировать. Хант говорит, что это особенно применимо в секторе тяжелых грузов, где электрические грузовики ограничены емкостью аккумуляторной батареи и вынуждены подзаряжаться от электросети. И все же создание инфраструктуры для полной заправки водородом, с помощью которой газ производится и затем транспортируется на станции, потребует миллиардов фунтов и лет.В настоящее время в Великобритании действует менее 20 заправочных станций по сравнению с примерно 36 000 (и их количество растет) для зарядки электромобилей.

Ключ к поощрению водородных автомобилей — сделать их частью более широкой «водородной экономики» — строительство заправочных станций для водородных автомобилей само по себе было бы неэффективным. Вместо этого, в идеале, весь энергетический сектор включал бы водород в смесь, от заправки автомобилей до хранения энергии для дома.

И это можно запустить локально.Одно из преимуществ водорода заключается в том, что его можно производить на месте, а не транспортировать, как топливо, или поставлять через сеть, как электричество. «Вместо того, чтобы иметь общенациональный проект, водород можно начать с местных водородных хабов и постепенно отказываться от него», — говорит Клэр Джексон, менеджер находящейся в Суиндоне Hydrogen Hub, организации, продвигающей водородную экономику.

Итак, мы оказались на территории парка Лидия в Суиндоне, чтобы понять, как муниципальные советы могут начать свою собственную водородную экономику.В городе Уилтшир в 2011 году в представительстве Honda открылась первая в Великобритании водородная станция, полностью работающая на возобновляемых источниках энергии. Станция способна производить водород в промышленных масштабах с использованием солнечной энергии, не полагаясь на энергосистему Великобритании.

Сейчас по улицам Суиндона ежедневно курсируют шесть автомобилей с водородным двигателем. Это стало возможным благодаря таким лизинговым фирмам, как Arval, которая решила перейти на водород и включила автомобили в свой парк. В настоящее время автомобили сдают в аренду таким организациям, как Science Museum Group и National Trust, в то время как Совет Суиндона установил вторую водородную станцию ​​и, возможно, еще больше в пути, потому что Arval планирует иметь 170 водородных автомобилей в городе к 2020 году.

Но локализованный подход никогда не приведет к общенациональному распространению. Toyota, Daimler и BMW возглавляют группу из 13 компаний по всему миру, инвестируя 10 миллиардов долларов в течение следующего десятилетия в развитие водородных технологий и инфраструктуры.

Государственные инвестиции также должны сыграть свою роль. «Сегодня в Великобритании около 1 ТВт энергии производится из возобновляемых источников, но не используется», — говорит Хант. «Это лишнее поколение, которое можно сохранить. Это может произвести около 18 000 тонн водорода — этого достаточно, чтобы привести в действие 90 000 автомобилей на 12 000 миль.Хант говорит, что инвестиции, необходимые для завода по переработке и распределению водорода, меньше, чем сумма, которую страна тратит на ядерную энергетику, и это было бы чище.

Германия построит 400 станций к 2023 году, что побудило Ханта предупредить: «UK PLC не может позволить себе упустить водород; поскольку другие страны развивают свою инфраструктуру, Великобритания не может позволить себе отставать ».

Но даже при наличии водородной инфраструктуры, будь то местная или общенациональная, водородные автомобили по-прежнему сталкиваются с проблемой затрат.Розничная цена Toyota Mirai превышает 65 000 фунтов стерлингов, и она больше не имеет права на получение гранта правительства в размере 3 000 фунтов стерлингов. За любую машину приходится платить немало, но вопрос цены можно решить двумя способами.

Первый принадлежит Toyota. Джон Хант говорит, что все автомобили компании основаны на модульной платформе, и поменять их с гибридной на водородную структуру несложно. «[Гибридная] трансмиссия полностью переносима. Таким образом, внедрение топливных элементов — это просто замена бензиновой трансмиссии.Toyota планирует к 2020 году построить 30 000 автомобилей на водородных топливных элементах ».

Другой вариант — более радикальное переосмысление. «Все низкоуглеродные автомобили требуют надбавки на рынке, но покупатели не обязательно готовы платить эту надбавку за повышение эффективности. Поэтому нам нужна другая бизнес-модель, — говорит Хьюго Спауэрс, основатель экологической автомобильной компании Riversimple.

Вместо того, чтобы продавать свой двухместный автомобиль Rasa, Riversimple намеревается продать своим клиентам «услугу»: они никогда не будут владеть автомобилем, но примерно за 370 фунтов стерлингов в месяц у них будет доступ к определенному пробегу водородного двигателя. , с покрытием топлива, страховки и всех других расходов.

Спауэрс добавил: «Это позволяет нам конкурировать с обычными автомобилями достаточно долго, пока не снизятся затраты на цепочку поставок. Мы считаем, что это фундаментальный барьер на пути к широкому распространению технологий ».

По-прежнему существует множество «если» по поводу водорода, но сегодня их намного меньше, чем десять лет назад.

Вы бы когда-нибудь думали о водородном автомобиле? Дайте нам знать ниже и ознакомьтесь с новой Toyota Mirai …

2021 Toyota Mirai Обзор, цены и характеристики

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.