Газ снова в моде. Почему автопром увлекся водородным транспортом? Часть первая

Водородные топливные элементы могут убить «классические» электромобили

Пока хай-тек громоздит один успех на другой, а мировой авторынок, напротив, бьется в лихорадке, автоконцерны ломают голову: как за счет первого обстоятельства поправить второе? В уходящем году автомобильные гуру извлекли из загашников один из самых ходовых рецептов и пустились бурно его обсуждать. Этот рецепт – водородный топливный элемент.

Без борьбы, конечно, не обошлось. Водородные концепты были тепло приняты на автосалонах в Токио и Лос-Анджелесе. Их спешно разрабатывают уже с десяток фирм, причем «Хонда» и «Тойота» готовы начать коммерческие продажи в 2015 году, а корейская «Хендэ» – и вовсе будущей весной. Правда, противники водородных двигателей тоже не молчат.

Пару недель назад глава «Рено Ниссан» Карлос Гон иронизировал: «Я сгораю от любопытства, глядя на наших конкурентов, которые обещают выпустить водородные автомобили на рынок в 2015 году. И где же для них инфраструктура? Кто же ее построит?» Прошелся по соперникам и Элон Маск, заметив, что водороду место не в баке машины, а во второй ступени ракеты, летящей на Марс. Маск – авторитет: кроме автоконцерна «Тесла», у него есть и космическая компания.

Почему же одни автоконцерны так ретиво кинулись осваивать рынок водородного транспорта, а другие ставят на машины, которые, возможно, скоро будут звать «старыми добрыми электромобилями»?

Как они работают?

В первых экспериментах с водородом автостроители шли по проторенному пути, приспосабливая под необычное топливо обыкновенные двигатели внутреннего сгорания. Но лишь для того, чтобы (как было с БМВ) убедиться: никаких серьезных преимуществ перед бензином тут нет. Куда эффективнее оказались источники химической энергии – водородные топливные элементы с приводом на электродвигатель. По большому счету, это установка по производству воды из водорода и кислорода, которая попутно выделяет электричество. КПД умопомрачителен – 80-90%. Правда, это в лаборатории. Если верить исследованиям Министерства энергетики США, в реальных условиях топливные элементы выдают 42-59%, но все равно это гораздо выше, чем у бензиновых и дизельных моторов.

Появились топливные элементы довольно давно, но последний всплеск интереса к ним случился на рубеже 2000-х годов. В стороне тогда не остались ни частные фирмы, ни правительства. Япония бросилась вкладываться в заправки, а Джордж Буш-младший чуть было не выделил на исследования 1,2 миллиарда долларов. Сейчас, к слову, Вашингтон к затее охладел. Как острил недавно глава Минэнерго США Стивен Чу, для успеха «водородомобилей» нужны сразу четыре промышленных чуда, в то время как для производства человека в святые хватает и трех.

Водород – самый распространенный химический элемент во Вселенной, и, возможно, поэтому инженеры обречены к нему возвращаться. Им не дает покоя топливо, которое доступно на каждом шагу. Водород и вправду можно добывать из воздуха и из воды, но с такими энергозатратами, что дешевле украшать моторы бриллиантами. Сейчас он производится в основном из природного газа, угля и биомассы.

В некотором смысле это курьез: из одного горючего делают другое. При этом тратится или просто выбрасывается энергия, которой светило лучшее применение. Впрочем, если американский сланцевый бум не скиснет, то дешевый газ может стать хорошим подспорьем для водородников. А вот еще один нюанс: при производстве водорода выделяется масса парниковых газов. Ничего страшного в этом нет, но вот любимый аргумент водородного лобби о «чистом топливе будущего» это убивает наповал.

Относительная экологичность топливных элементов – пожалуй, их единственный серьезный довод против бензиновых движков. Зато перед обычными электромобилями у них масса преимуществ. «Водородники» проезжают на одном заряде до 500 километров – втрое больше, чем большинство их аккумуляторных соперников. Топливные элементы легче и надежнее, чем громоздкие и капризные литий-ионные батареи. При этом они столь же экологичны: ничего, кроме водяного пара, не выделяют. Для зарядки им нужны пять минут, а не полдня, и энергию они дают более дешевую. По подсчетам Economist, каждый киловатт мощности литий-ионного аккумулятора уже много лет обходится в 2000 долларов. А у топливных элементов этот показатель всего за шесть лет снизился более чем вдвое и сейчас составляет 1500 долларов. Хотя это все равно раз в 30 выше, чем у бензиновых двигателей.

Есть и свои недостатки. Водородные автомобили все же очень дороги. Немудрено: в мембранах топливных элементов широко используются палладий и платина. Другие детали тоже стоят немало: топливные баки, например, делают из прочного углеродистого волокна, материала далеко не дешевого. Сам водород сейчас не так уж дорог – от 2 до 7 долларов за литр, в зависимости от способа производства. Но для того, чтобы сжать этот газ и загнать его в емкость для хранения, тратится треть той энергии, которую он дает. Поэтому сейчас инженеры пытаются обойти столь невыгодную стадию сжатия, а заодно ищут катализатор подешевле платины. Есть еще одна нерешенная проблема: оказалось, что из автомобильных баков водород испаряется с безбожной скоростью. Это как если бы на АЗС вы залили в бак бензина на 1000 рублей, а еще 500 просто подарили бы кассиру.

И, что хуже всего, водород пожароопасен, а в смеси с кислородом дает и взрывоопасную смесь – гремучий газ. В этом уже имели несчастье убедиться некоторые работники транспорта, включая команду знаменитого немецкого «Гинденбурга». Его крушение, кстати, поставило крест на трансатлантических рейсах дирижаблей. Кто сейчас поручится, что будущее водородников не сгорит в пламени нескольких случайно рванувших заправок или хранилищ? 

(Продолжение следует)