Автомобили на водороде: экотехнологии на пути к массовому использованию

Сразу напомним для тех, кто не очень в теме: до недавнего времени водородные авто, хотя и мизерными сериями, но выпускались несколькими брендами мира - BMW, Toyota, Hyundai. Но более-менее распространенными они не стали. По крайней мере, пока что. Почему же?

Водород вместо бензина

Во-первых, если говорить о водороде как о топливе, он - газ. Во-вторых, есть два варианта использовать его для авто.

Способ первый. Самый простой вариант - с использованием способности этого газа гореть с выделением тепла. Благодаря чему водород можно использовать на авто подобно другим горючим газам - как суперпопулярный в нашей стране сжиженный пропан-бутан LPG (нефтяной газ) или сжатый метан CNG (природный газ), распространенный в автобусных парках еще несколько лет назад. В принципе, на водороде может работать и обычный бензиновый двигатель, но с потерей примерно 20 - 30 % мощности. При том что от мотора можно получить и полную отдачу, но тогда ему нужны некоторые усовершенствования.

Способ второй. Более хитрый, но в целом, возможно, более приемлемый вариант - так называемые топливные элементы. Здесь водород используется как источник энергии, ибо такая силовая установка превращает водород в электричество с помощью топливных элементов (Fuel Sell). А дальше уже машина работает как обычный электромобиль. Процесс начинается с подачи водорода в топливный элемент, где газ расщепляется на протоны и электроны. Электроны проходят через внешнюю электрическую цепь, создавая электрический ток, который и используется для питания двигателя автомобиля. Протоны проходят через мембрану топливного элемента и соединяются с кислородом из воздуха, образуя воду как единственный побочный продукт.

Преимущества водородных автомобилей

Несмотря на принципиальные различия между двумя вышеупомянутыми типами авто на водороде, они имеют в целом одинаковые преимущества и недостатки.

- Относительная независимость от ископаемых источников энергии - нефти, природного или нефтяного газов. Водород получают из воды, а также - из природного газа, иногда - прямо на борту автомобиля (в случае схемы с химическим реактором);

- Экологичность. Водородные автомобили выделяют только воду и тепло, что делает их практически безвредными для окружающей среды;

- Быстрая заправка. По сравнению с другим альтернативным типом авто - электромобилем - запас водорода на борту машины пополняется мгновенно: заправка водородного автомобиля занимает всего несколько минут.

- Запас хода. Водородные автомобили любого типа могут проезжать более 500 километров на одной заправке, что делает их конкурентоспособными с бензиновыми и дизельными автомобилями.

Недостатки водородных автомобилей

- Ограниченная водородная инфраструктура. На данный момент водородные заправочные станции распространены неравномерно, что ограничивает их использование. Количество станций по всему миру - не более 1000 единиц. В основном они работают в Америке, Германии, Японии, Великобритании, Южной Корее - да и там расположены в отдельных зонах;

- Способность водорода выходить из емкости и трубопроводов даже везде исправные соединения. Например, он диффундирует через стандартные резиновые уплотнения, и за несколько дней стоянки машина теряет едва ли не половину бака. Так же непросто хранить газообразный водород в больших хранилищах;

- Высокая стоимость. Производство водородных автомобилей, топливных элементов и самого водорода все еще имеет высокую себестоимость;

- Производство водорода. Одним из основных источников водорода является природный газ, и этот процесс также связан с выбросами углерода. Разработки в области массового получения водорода из воды с использованием возобновляемых источников энергии продолжаются, но требуют значительных вложений.

Вкратце

Далеко не факт, что водородные автомобили станут нашим будущим - принципиальные трудности и ограничения дают о себе знать. В начале 2020-х годов многие автопроизводители, ранее имевшие мощные программы развития водородных технологий, начали отказываться от водорода в легковых автомобилях, признавая это направление бесперспективным. Содержание автомобиля, работающего на водороде, при повседневной эксплуатации оказываются очень дорогим, не говоря уже о создании заправочной инфраструктуры и логистике. Но окончательного приговора водород еще не получил.