А что там с водородом?

Есть сразу несколько причин, по которым водородные автомобили не имеют шансов на рынке. Топливные элементы стоят слишком дорого, водород слишком дорог, и нет инфраструктуры для его распространения. Кроме того, считается, что аккумуляторные автомобили намного лучше.

И все же при правильном применении автомобили на водородных топливных элементах имеют большой смысл. Может быть, не прямо сейчас, но в ближайшие десять лет или два они, скорее всего, вытеснят BEV в некоторых областях применения, например, в дальних грузоперевозках с большой нагрузкой.

По мере того как мы медленно движемся к низкоуглеродному будущему, в транспортном секторе, похоже, есть три пути: аккумуляторные батареи, водородные топливные элементы или безуглеродное топливо для двигателей внутреннего сгорания.

Электрические батареи уже здесь. Стоимость батарей продолжает снижаться, запас хода автомобилей увеличивается, а время зарядки ускоряется. А для их подзарядки уже создана электрическая сеть. Но для многих крупных грузовых и автобусных парков BEV не могут справиться с этой задачей.

Топливо с нулевым содержанием углерода — заманчивая альтернатива. Оно мгновенно сделало бы каждый двигатель внутреннего сгорания жизнеспособным в мире с нулевым содержанием углерода. Но предпринимаемые до сих пор усилия, в частности разработка компанией Porsche топлива с нулевым содержанием углерода на экспериментальном нефтеперерабатывающем заводе в Чили, очень дороги. В настоящее время стоимость этого топлива составляет 45 долларов за галлон. Porsche надеется снизить эту цену до 8 долларов за галлон в течение двух лет. Посмотрим. Эксперты по силовым агрегатам не ожидают, что топливо упадет в цене в том объеме, который необходим, или за то время, которое необходимо для спасения ДВС.

Именно поэтому ряд компаний (например, Toyota, Bosch) работают над использованием водорода в качестве топлива для ДВС. Но они по-прежнему сталкиваются с проблемой стоимости, инфраструктуры и распространения. Автомобили на топливных элементах сталкиваются с той же проблемой, но топливные элементы гораздо эффективнее, чем двигатели внутреннего сгорания. Это очень важный вопрос, потому что водород также слишком дорог.

Сегодня лучшие двигатели внутреннего сгорания имеют тепловой КПД около 40%. Большинство из них имеют КПД от 20 до 30 %. Работа на водороде повышает их эффективность примерно до 50%. Но эффективность топливных элементов составляет около 65%, поэтому они потребляют меньше водорода, чем сжигающие его двигатели внутреннего сгорания.

Причина, по которой водородные топливные элементы имеют смысл использовать в дальних и тяжелых грузоперевозках, заключается в том, что по сравнению с легковыми автомобилями требуется гораздо меньше заправочных станций. Например, по оценкам штата Калифорния, для удовлетворения потребностей дальнобойщиков потребуется всего 60 водородных станций. А для оплаты значительной части этих услуг предусмотрены миллиарды долларов субсидий в рамках Закона о снижении инфляции.

Автопарки заинтересованы в грузовиках на топливных элементах, потому что время заправки может быть таким же, как и у дизельных машин, — около 10 минут. Компания First Element Fuel совместно с Bosch Rexroth разработала так называемый крионасос, который может так быстро закачивать жидкий водород в грузовик класса 8. Станция с крионасосом стоит вдвое дешевле бензиновой заправки, занимает гораздо меньше места и потребляет в пять раз меньше электроэнергии. А чтобы сделать водородную заправку рентабельной, необходимо ежедневно заправлять всего 15 большегрузных автомобилей, а не 700. В FEF говорят, что один крионасос может заправлять два грузовика одновременно, причем заправка занимает 10 минут. Никто в мире аккумуляторных батарей пока не может добиться такого оборота, когда дело доходит до зарядки.

Жидкий водород — ключ к тому, чтобы это произошло. Он гораздо более энергоемкий, чем газообразный водород. И его можно перекачивать гораздо быстрее. Но хранить его нужно при невероятно низких температурах — -423° F или -253° C. И он выкипает при комнатной температуре, так что если вы оставите водородный автомобиль на стоянке на неделю или две, бак будет пуст. Это не проблема для дальнобойных грузовиков, которые заправляются и едут. Они не стоят на стоянке по нескольку недель.

Кроме того, существует спор о способе получения водорода, поскольку сегодня большая его часть производится методом парового риформинга из природного газа, что, безусловно, создает углеродный след. В FEF же используется 60% биогаза (метана), который в противном случае выбрасывался бы в атмосферу.

Запас хода — не единственная проблема дальнобойщиков; есть еще грузоподъемность. Tesla утверждает, что ее электрический полуприцеп с гигантским 900-киловаттным блоком батарей может зарядиться на 70% за полчаса. Но это не только намного дольше, чем заправка водородного грузовика, но и ограничивает запас хода до 350 миль (564 км). А поскольку блок батарей очень тяжелый, грузоподъемность полуприцепа ограничена 29 000 фунтами (13 150 кг).

Сравните это с водородным грузовиком, который может проехать более 600 миль (966 км) без потери дальности в морозную погоду, перевозя 50 000 фунтов (22 680 кг) полезной нагрузки и заправляясь за 10 минут. В индустрии грузоперевозок, где стоимость одной мили измеряется до копейки, очевидно: водород побеждает.

Но для грузовиков на топливных элементах это еще не повод. Водород сейчас очень дорог, конечно, по сравнению с электричеством и дизельным топливом. Эксперты говорят, что водород должен стоить 13 долларов за килограмм, чтобы быть экономически эффективным для легковых автомобилей, и 8 долларов за килограмм для средних и тяжелых грузовиков. Но никто не скажет, сколько стоит водород у насоса. Похоже, это секрет. Все, что известно на данный момент, это то, что First Element Fuel в настоящее время продает водород со скидкой своим партнерам-клиентам по цене 15 долларов за килограмм. Для всех остальных он стоит гораздо дороже (тоже секретная цифра). Но благодаря крионасосу Bosch компания FEF считает, что сможет снизить стоимость вдвое.

Поезда, корабли и, возможно, даже самолеты тоже могут стать кандидатами на использование жидкого водородного топлива, причем по тем же причинам: дальность хода, плотность энергии и время заправки. Таким образом, рынок может выйти далеко за пределы дальнемагистральных грузовиков. Вот почему есть основания считать, что будущее водородных автомобилей становится все ближе и ближе.

По материалам WardsAuto.