Первый элемент: какие перспективы открывает водород для автопрома

©Shutterstock/ Fotodom

Через два года в России должен появиться городской автобус с водородным двигателем. Следующим шагом в развитии экологически чистого транспорта станут железнодорожные локомотивы.

В активную фазу реализация «водородных» проектов вступает сейчас. В частности, «КамАЗ» в ближайшее время приступит к разработке грузовиков и автобусов на водородном топливе. Аналогичные планы у холдинга «Волгабас» и других российских производителей.

Современный приоритет развития автомобильного и железнодорожного транспорта – последовательный отказ от использования бензина и дизеля в пользу «зеленого» топлива. В концепцию построения климатически нейтральных экономик почти идеально вписывается водород.

Первый элемент Периодической таблицы Менделеева в будущем имеет хорошие шансы превратиться в основной источник энергии, не наносящий вреда экологии. Ведь выброс двигателя – обычный водяной пар. Япония, Корея, Китай, Германия и другие страны сделали ставку на использование водорода во всех отраслях экономики.

Перспективы применения инновационного топлива действительно завораживают. По оценкам Международного совета по водородным технологиям (Hydrogen Council), который четыре года назад создали 13 крупнейших энергетических, транспортных и промышленных корпораций, к 2050 году доля водорода составит порядка 18% в мировом энергобалансе.

Соответственно, автопром сейчас тоже находится на пороге радикальных перемен. Эксперты отрасли исходят из того, что через 30 лет более 400 млн легковых машин, 15–20 млн грузовиков и 5 млн автобусов получат электродвигатели, работающие на водородных ячейках (элементах).

Применяемые сейчас в большинстве электрокаров литий-ионные аккумуляторные батареи – не самый надежный источник энергии. Они не держат заряд, особенно в сильный мороз, ресурс ограничен, требуют длительного времени на подзарядку – от 30 минут до нескольких часов. Плюс серьезные проблемы с утилизацией АКБ, заставляющие усомниться в том, что это по-настоящему «зеленая» технология.

Часть производителей электротранспортных средств видят решение в литий-металл-полимерных аккумуляторных блоках (LMP). Действительно, LMP имеют определенные преимущества. Например, более высокую плотность энергии, что позволяет увеличить пробег электрокара на одном заряде.

Однако есть и недостатки. Как и литий-ионные АКБ, LMP-блоки чувствительны к низким отрицательным температурам, подвержены быстрой естественной деградации – емкость падает примерно на 20% после двух лет эксплуатации. С учетом этого многие автоконцерны и рассматривают альтернативные проекты транспортных средств с электродвигателями, работающими на водородных топливных ячейках.

Существует и другой вариант применения водорода – в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Производителям он потенциально интересен в первую очередь технологической близостью водородного ДВС к классическому бензиновому. Это позволит сохранить действующие предприятия, выпускающие автомобильные двигатели, а значит, и десятки тысяч рабочих мест.

Кроме того, стоит напомнить, что идея заменить бензин водородом давняя. История знает примеры успешного практического применения водорода в ДВС. Этот газ для аэростатов воздушного заграждения догадались использовать советские военные инженеры в годы Великой Отечественной войны в блокадном Ленинграде.

Впрочем, решение было хотя и оригинальным, но вынужденным и компромиссным, поскольку ощущался острый дефицит автомобильного топлива. Как только тыловики наладили регулярное снабжение воинских частей бензином, от водорода сразу же отказались.

После войны прототипы водородных транспортных средств – трактор и грузовик – были созданы в США в единичных экземплярах. Нефтяной кризис 1970-х годов, обернувшийся рекордным ростом цен на бензин, заставил автопром снова заняться «водными процедурами». Отличились немцы – в 1979 году компания BMW презентовала свой первый водородный автомобиль.

Впрочем, практически все разработки второй половины прошлого века были далеки от совершенства и не годились для серийного производства. В настоящее время проекты водородных двигателей, как говорится, достигли зрелости. А потребность автопроизводителей в силовых установках, не наносящих вреда экологии в виде пресловутого углеродного следа, открывает путь к их коммерциализации.

Качественный скачок можно ожидать уже в среднесрочной перспективе. К 2030 году каждый восьмой электромобиль большой грузоподъемности и каждый десятый весом до шести тонн – есть такие экспертные оценки – будет работать на водородных топливных элементах (ТЭ).

Ускоренному переходу автопрома на «зеленые» технологии способствует широкая кооперация ученых и инженеров разных стран. Например, германский концерн Bosch вступил в альянс со шведским Powercell. Компании объединили научно-технический потенциал для создания в 2022 году полимер-электролитной мембраны (стека). Еще через год должен быть готов к выпуску модуль для водородных топливных ячеек.

Сдерживающим фактором пока выступают высокие цены на экологичный транспорт. Например, водородный автомобиль в среднем обходится клиенту в $80 тыс. По действующему курсу это около 6 млн рублей. Причем если речь идет о машине премиум-класса, то переплачивать приходится главным образом за передовую технологию, а не за роскошь и комфорт.

Аналитики Hydrogen Council исходят из того, что стоимость водородных решений вскоре неизбежно снизится. По мере расширения дистрибуции, наращивания объемов выпуска оборудования и компонентов цены опустятся примерно в два раза. В результате электромобили на водородных ячейках станут доступны для среднего класса.