Есть ли у них будущее?
Водородные двигатели часто сравнивают с электромобильностью. В то время как одни автопроизводители инвестируют в разработку водородных автомобилей, другие отказываются от разработки из-за высоких затрат. Однако некоторые эксперты считают, что снижение цен на водородное топливо в ближайшие годы должно способствовать расширению производства водорода. Тогда водород мог бы конкурировать с другими двигателями не только по цене, но и по дальности. Есть ли будущее у водородных автомобилей? За что он говорит и чему противостоит?
Как вы можете догадаться, автомобили, работающие на водороде, используют водород в качестве двигателя. Механизм внутри автомобиля преобразует химическую энергию водорода в механическую. Это возможно двумя способами: путем прямого сжигания водорода в поршневом или роторном двигателе или путем реакции водорода с кислородом в топливном элементе, который производит электричество для питания автомобиля. Таким образом, водород можно сжигать напрямую, но сейчас он используется в автомобилях в основном в топливных элементах.
Первый водородный автомобиль был разработан в 1807 году швейцарским изобретателем Исааком де Ривазом. Однако, как показала история, автомобили в основном оснащаются двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине или дизеле. Только в последнее десятилетие производители автомобилей вернулись к альтернативным силовым установкам, чтобы снизить нагрузку на окружающую среду. Большинство традиционных автомобилестроительных компаний в настоящее время сосредоточены на разработке и исследованиях, направленных на то, чтобы их автомобили производили все меньше и меньше выбросов, как за счет снижения веса, так и за счет альтернативных двигателей — в дополнение к электричеству — водорода.
Достижения в альтернативных приводах
Значительный прогресс был достигнут в области альтернативных приводов за последние десять лет. « В 2010 году новые зарегистрированные легковые автомобили зафиксировали средний уровень выбросов углекислого газа в размере 149 граммов углекислого газа на километр пробега. Ни одна из машин на тот момент не упала ниже 140 грамм. В 2020 году по сравнению с 2010 годом средние выбросы снизились на 19 процентов до 121 грамма, а у трех автопроизводителей даже снизилось содержание углекислого газа ниже 110 граммов на километр. Peugeot достиг самого низкого значения — 107 граммов » , — говорит Йиндржих Фрич, директор Центра транспортных исследований.
Значительно меньшая доля автомобилей с дизельным двигателем, которая перешла на автомобили с бензиновым двигателем, способствовала снижению средних выбросов в прошлом году. Другой причиной является растущее число альтернативных приводов, таких как электрические системы, работающие на сжиженном нефтяном газе или аккумуляторных батареях, и подключаемые гибридные системы. Хотя количество электромобилей в последнее время увеличивается, водородные автомобили пока являются исключением.
Технологические пределы водорода
Сжигание водорода в автомобильных двигателях имеет свои недостатки. Водород не обладает таким высоким КПД по сравнению с другими видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания. Кроме того, он дороже, чем сжатый природный газ (СПГ). При сжигании водорода образуются не только водяной пар, но и выбросы оксидов азота, также известных как NOx. Однако в современных автомобилях используются уже упомянутые топливные элементы, которые преобразуют химическую энергию в электрическую. Эта энергия хранится в аккумуляторе, который может быть не таким большим, как в электромобилях, потому что он в основном используется для балансировки потребления тока двигателем и непрерывно заряжается во время движения.
Для работы водородных автомобилей им необходимо основное топливо — водород. И это одна из самых больших ошибок. Производство водорода в настоящее время является дорогостоящим и не совсем чистым. Водород образуется с помощью ископаемого топлива или электричества . Впоследствии его необходимо перевезти на заправки. Также необходимо учитывать тот факт, что двойное преобразование энергии в водород и водорода в энергию не полностью эффективно. Поэтому разработчики часто говорят, что использование водорода будет иметь смысл, когда технология производства станет дешевле и когда появится возможность производить водород с использованием солнечных или ветряных электростанций.
Мировая вера в водород
Например, Водородный колледж мировых энергетических компаний, в состав которого входят Toyota, Nissan и Honda, верит в экологическое производство водорода и снижение производственных затрат. В прошлогоднем отчете компании заявили, что они ожидают вдвое снижения цен на водородное топливо для автомобилей в течение следующих десяти лет. Причина — ожидаемое увеличение объемов и удешевление производственных мощностей. Это может сделать водород конкурентоспособной альтернативой другим низкоуглеродным видам топлива. В 2025 году, по мнению Колледжа, водород может стать конкурентоспособным, особенно в случае больших транспортных средств с большим запасом хода. Колледж также отметил, что достижение целей невозможно без инвестиций — для них потребуется около 70 миллиардов долларов.
« Будущее чистой водородной энергетики ближе, чем мы думаем, потому что вся отрасль упорно работает над решением ключевых технических проблем. В нашем отчете показаны дальнейшие шаги по увеличению масштабов производства и повышению конкурентоспособности водородного топлива и, таким образом, к сокращению выбросов углерода, что крайне необходимо » , — сказал Бенуа Потье из колледжа, председатель правления и генеральный директор Air Liquide.
10-я сессия Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), которая прошла в прошлом году в Абу-Даби, Объединенные Арабские Эмираты, также была посвящена водороду. Именно в Эмиратах сейчас строится водородная электролитическая станция, которая должна работать от солнечной электроэнергии. « При достаточных инвестициях производство экологически чистого водорода станет рентабельной отраслью в течение пяти лет », — заявил на встрече министр окружающей среды Объединенных Арабских Эмиратов Аль Зейуди.
Кроме того, по словам Европейского комиссара по энергетике Кадри Симсон, водород является важным инструментом, позволяющим Европейскому Союзу достичь цели нулевых выбросов к 2050 году . « Сегодня его доля в нашей европейской системе составляет менее одного процента, и он используется в основном в качестве сырья в химическом секторе. Его можно использовать в секторах, которые трудно обезуглерожить, таких как тяжелая промышленность и транспорт », — сказала она.
Точно так же Фатих Бирол, исполнительный директор Международного энергетического агентства, видит водород: « Водород может помочь решить многие энергетические проблемы. Он может помочь в обезуглероживании таких отраслей, как сталелитейная, химическая, автомобильные, грузовые и воздушные. Водород также может повысить энергетическую безопасность за счет диверсификации топливного баланса и усиления способности балансировать сети. «
Первые общественные водородные насосы
Развитие инфраструктуры важно для более массового использования водорода — от производственных мощностей и распределения до общественных водородных станций, где автомобили могут «заправляться» водородом. Еще один важный аспект, который повлияет на будущее водородных автомобилей, — это цена — будь то цена на водород как таковой или цена на водородные автомобили.
Например, в Чехии строительство первых трех общественных водородных заправочных станций началось только в прошлом году. За инвестициями вложилась группа Unipetrol, в состав которой входят, помимо прочего, автозаправочные станции Benzina. Строительство ведёт Бонетт. Постепенно планируется строительство водородных заправочных станций в Праге, Баррандове, Литвинове и Брно. Компания готовит строительство других станций в Пльзене и Праге на D10 в направлении Млада-Болеслав.
« Мы считаем, что водород со временем дополнит нынешнюю аккумуляторную электромобильность и будет играть все более важную роль не только в области личной мобильности, но особенно в области общественного транспорта и транспортных услуг. Именно поэтому мы сотрудничаем с производителями автомобилей с водородным двигателем, которых хотим привлечь в Чешскую Республику своей продукцией » , — добавил Томаш Виатрак, председатель совета директоров Unipetrol Group.
До сих пор в Чешской Республике была только одна негосударственная водородная заправочная станция, в Нератовицах, где она использовалась для автобусов общественного транспорта с 2009 года. В прошлом году в соседней Германии действовало 87 водородных наполнителей. По состоянию на конец 2019 года по всему миру действовали 432 водородные заправочные станции, 330 из которых открыты для посещения.
Водородные автомобили
Конечно, развитие водородных автомобилей идет рука об руку с развитием водородных станций. Азиатские автопроизводители особенно верят в это альтернативное топливо. Например, Toyota производит первый серийный водородный автомобиль Mirai, который был продан примерно в 10 000 единиц по всему миру. В прошлом году японский автопроизводитель представил второе поколение этой модели, увеличив дальность пробега до 600 километров. Новая и предыдущая модели работают полностью без выбросов — они выпускают в воздух только пар.
Однако не все производители автомобилей разделяют энтузиазм некоторых азиатских автопроизводителей. Например, в прошлом году компания Mercedes-Benz официально объявила о завершении разработки автомобилей на водородных топливных элементах. Автопроизводитель заявил, что причина в слишком высоких расходах. В то же время Группа на протяжении 30 лет стремится достичь поставленной цели: нулевые выбросы, дальние и короткие дозаправки водородом.
По подсчетам сервера Automotive News, которые фактически доказали правоту автопроизводителя, производство водородных автомобилей примерно в два раза дороже электромобилей . Porsche, например, уже прекратил инвестировать в водородные технологии. « Все говорит в пользу батареи, и практически ничто не говорит в пользу водорода» , — сказал Майкл Штайнер, руководитель отдела исследований в Porsche, добавив, что общая энергоэффективность водорода очень низкая.
Однако следует добавить, что окончание разработки водородных автомобилей в Mercedes-Benz относится только к легковым автомобилям, по словам автопроизводителя, водородные топливные элементы для грузовиков могут быть полезны. Автопроизводитель сотрудничает с Volvo в дальнейшем развитии в этом направлении.
Пока что Toyota — единственная компания, которая производит и продает легковые автомобили на водороде конечным потребителям, а BMW и Hyundai продолжают работать над разработкой легковых автомобилей на водороде . Ближайшее будущее, вероятно, покажет, какая из машин приняла правильное решение и действительно ли водороду есть чем заняться в 21 веке.
