Автомобили на водородном топливе — в чем преимущество перед бензином и электричеством

На чем будут ездить автомобили через несколько десятков лет. Одним из альтернативных источников топлива считается водород. Поговорим о преимуществах использования водорода как топлива для автомобилей. В чем преимущество перед бензином и электричеством.

Достоинства водородного топлива

Скоро появится возможность использования водорода в качестве топлива для ДВС в составе гибридных двигателей, а к концу десятилетия, возможно, сможете купить автомобиль на так называемых топливных элементах, в котором нет ДВС. В качестве источника энергии в нем будет использоваться водород, который безопасен и экологичен: единственным выбросом в атмосферу будет водяной пар, а выхлопная труба автомобиля превратится в водосточную.

Водород — самый распространенный химический элемент: он содержится в воде, в нефти, в природном газе. Водород в газообразном состоянии крайне летуч, и годами это было большим барьером на пути водородной экономики.

Заправка автомобиля водородом будет быстрой и простой и отнимет столько же времени, как и заправка бензином. Эксперименты показали, что можно разбить емкость с водородом, уронить ее, проткнуть, бросить в огонь и даже взять в руки гибридный компаунд, находящийся внутри, — и все без вреда для человека и окружающей среды.

Какие уже есть машины

Самый первый серийный автомобиль на топливных элементах — это Toyota Mirai. Рассмотрим его принцип работы. Toyota Mirai — по сути, электромобиль. Электричество вырабатывается в блоке топливных элементов при взаимодействии кислорода и водорода. Электрический ток проходит через инвертор, где преобразуется из постоянного в переменный, а напряжение увеличивается до 650 В. Реакция происходит без процесса горения, а «выхлоп» — безвредный водяной пар.

Тяговый синхронный электродвигатель приводит в движение передние колеса. Питание — не только от топливных элементов, но и от никель-металл-гибридной батареей мощностью 21 кВт: она подпитывается при рекуперативном торможении и отдает энергию при резких ускорений.

Что мешает перейти на водородное топливо

Во-первых, психология автолюбителей. Мало кто согласится приобрести электромобиль, даже несмотря на то, что электродвигатель гораздо эффективнее, КПД выше (до 95% против 40-50% у ДВС). Что тут говорить, если даже к гибридным автомобилям у некоторых «специалистов» отношение снисходительное. Недостаточный спрос не позволяет развиваться этой отрасли автомобилестроения адекватными темпами.

Во-вторых, внедрение автомобилей на водороде требует создания инфраструктуры (заправки, автосервисы). Это требует колоссальных инвестиций. Хотя можно предположить что в долгосрочной перспективе все затраты окупятся. Например, в Германии 19 водородных заправок, а к 2023 году обещают свыше 400. Они будут построены также за счет авто производителей, которые инвестируют внушительную часть средств.

В-третьих, цена водородного топлива. В Германии один килограмм водорода стоит примерно 9,5 евро. И его хватает на 70-100 км пробега. Это ужасно дорого, почти в 2 раза дороже чем дизельное топливо или бензин. И еще надо учитывать стоимость автомобиля на водороде, его цена выше в 2 раза, чем на аналогичные бензиновые машины.

Водородные автомобили: энтузиазм в Азии, сомнения в Германии | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

В Германии быстро растет интерес к водороду (h3). Но является ли этот экологичный энергоноситель перспективным топливом для автомобилей? Мнения на этот счет разошлись, причем на удивление резко. С одной стороны — министр транспорта ФРГ Андреас Шойер (Andreas Scheuer). В 2021-2022 годах по дорогам страны должны ездить 60 тысяч водородных автомобилей, неожиданно для многих объявил он на конференции «Водород и энергетический поворот» в Берлине 5 ноября. Автомобильная промышленность, продолжил министр, «должна вывести на рынок доступные автомобили и показать людям, что эта техника надежно работает». На 1 января 2019 года в Германии было зарегистрировано менее 400 водородных автомобилей.

Volkswagen не собирается выполнять требование министра

С другой стороны — глава концерна Volkswagen Херберт Дис (Herbert Diess). Ровно за сутки до почти ультимативного требования министра он выступил на церемонии начала серийного производства первого «народного электромобиля» VW ID.3. В своей речи он остановился и на водородной технологии. Ее время, полагает топ-менеджер, наступит не в предстоящем, а лишь в следующем десятилетии (в 2030-х годах), однако применять ее будут главным образом другие виды транспорта — грузовые автомобили, поезда, суда.  

Иными словами, крупнейший автостроитель Германии (и мира) даже не думает выполнять требование министра: Volkswagen целиком сделал ставку на электромобили. Полностью электрических легковых машин в ФРГ было на 1 января 2019 года в общей сложности свыше 83 тысяч. К ним можно прибавить более 340 тысяч гибридов, из которых 67 тысяч были заряжаемыми от розетки плагин-гибридами. 

На Франкфуртском автосалоне 2019 рядом с BMW i Hydrogen Next демонстрировался топливный элемент

Вечером того же 4 ноября в Берлине прошла встреча канцлера Ангелы Меркель (Angela Merkel) c руководителями немецкого автопрома, на которой обсуждалось развитие электромобильности в Германии. Одно из решений: в ближайшие два года установить по всей стране 50 тысяч новых общедоступных зарядных станций. Сейчас их около 21 тысячи, и считается, что это крайне мало для широкого внедрения автомобилей на электрической тяге. Правительство ФРГ ставит задачу к 2030 году довести число станций до 1 миллиона.

BEV против FCEV: неравные силы

А на следующий день участвовавший в этой встрече Андреас Шойер («вчера водородная тема была, конечно, не приоритетной») на конференции по водороду не без гордости сообщил, что «весной 2020 года у нас в Германии будет уже 100 водородных заправочных станций». К 2021 году к ним должны прибавиться еще 15. Соответствующее заявление о намерениях министр подписал с совместным предприятием h3Mobility, в которое наряду с такими энергетическими компаниями, как Shell и Total, входит и немецкий автостроитель Daimler.

Министр экономики и энергетики Петер Альтмайер и министр транспорта Андреас Шойер

Он с прошлого года малыми партиями выпускает Mercedes GLC F-Cell, который в семи немецких городах можно взять в лизинг. А в сентябре на Франкфуртском автосалоне 2019 была представлена модель BMW i Hydrogen Next, производство которой, опять-таки малыми партиями, баварский автоконцерн начнет в 2022 году. 

Все эти цифры показывают, каков в настоящий момент на немецком рынке расклад сил между двумя экологичными альтернативами автотранспорту с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) — между электромобилями, работающими от аккумуляторных батарей (BEV), и водородными автомобилями (FCEV), в которых энергия для электромотора вырабатывается в ходе реакции h3 с кислородом в топливных элементах. 

В такой ситуации автомобильная промышленность Германии однозначно сделала выбор в пользу электромобилей, подчеркнул президент Объединения немецкой автомобильной промышленности (VDA) Бернхард Маттес (Bernhard Mattes) на состоявшейся в конце октября в Штутгарте конференции Handelsblatt Auto-Gipfel 2019. На других континентах, добавил он, могут сделать ставку и на иные технологии (он имел в виду «водородные» планы Японии и Южной Кореи), но Европе, по его мнению, создание разветвленной инфраструктуры одновременно для нескольких видов альтернативных двигателей финансово просто не потянуть.

Toyota Mirai: объемы производства вырастут в десять раз

На этой отраслевой конференции автостроители и их поставщики обсуждали перспективы немецкого и мирового автопрома, и речь, действительно, шла главным образом о гибридах и электромобилях. Однако два доклада были посвящены водородным автомобилям. Весьма показательно, что с ними выступили представители двух азиатских фирм. 

Выпуск водородного автомобиля Mirai на одной из японских фабрик компании Toyota

Вице-президент по научным исследованиям и разработкам европейского отделения Toyota Геральд Кильман (Gerald Killmann) сообщил, что эта японская компания в десять раз увеличит выпуск водородного автомобиля Toyota Mirai. Привел он и абсолютные цифры: до сих пор ежегодно выпускались 3 тысячи единиц, объемы производства нового поколения этой модели решено увеличить до 30 тысяч в год (для сравнения: в 2018 году компания продала по всему миру в общей сложности свыше 10,5 миллиона автомобилей).

При этом менеджер напомнил историю успеха первого в мире серийного гибридного автомобиля Toyota Prius. Первое поколение, стартовавшее в 1997 году, было убыточным, второе, по его словам, пошло уже лучше, «третье обеспечило хорошую прибыль, сегодня свыше половины продаваемых нами в Европе автомобилей — это гибриды». Нечто подобное может произойти и с водородной технологией, убежден Геральд Кильман.   

Основными потенциальными покупателями модели Toyota Mirai он считает таксомоторные компании, сервисы перевозки VIP-пассажиров, парки служебных машин фирм и ведомств. И дело тут не только в высокой цене (в Германии этот водородный автомобиль стоит порядка 80 тысяч евро). 

Прототип беспилотного водородного грузового автомобиля южнокорейской компании Hyundai

Компания Toyota исходит из того, рассказал Геральд Кильман, что рядовому покупателю больше подходят электромобили: у него машина ночью и значительную часть дня обычно простаивает, так что есть время ее подзарядить. «У водородной технологии перспективы скорее в профессиональной сфере, там, где автомобиль должен работать круглосуточно или перевозить грузы», — отметил докладчик и указал на решающие преимущества машин на топливных элементах: заправка длится 3-5 минут, а дальность пробега составляет более 500 километров.        

Hyundai Nexo и водородные грузовики для Швейцарии

Таким образом, два лидера мировой автомобильной промышленности, Volkswagen и Toyota, практически сходятся в том, что h3 получит широкое распространение на грузовом автотранспорте. Расходятся они в оценке сроков. И это явно связано с тем, что в Японии уже действует согласованный между правительством, автостроителями и инфраструктурными компаниями план до 2030 года довести число водородных автомобилей на дорогах страны до 800 тысяч. А в Германии есть правительственный план к тому же времени довести число электромобилей до 7-10,5 миллионов.   

Тем временем в Южной Корее стартовал пилотный проект по переводу на h3 сразу трех городов. Речь не только об автомобильном транспорте, но и об электроэнергетике и теплоснабжении, и Hyundai будет поставлять туда свои топливные элементы, рассказал в Штутгарте представитель немецкого отделения этой южнокорейской компании Оливер Гутт (Oliver Gutt). Одновременно она наращивает начавшийся в 2018 году выпуск как водородного внедорожника Hyundai Nexo (цена в Германии: около 70 тысяч евро), так и h3-грузовиков.

Южнокорейский водородный автомобиль Hyundai Nexo на Франкфуртском автосалоне 2019

Сейчас Hyundai, продолжил Оливер Гутт, приступает к выполнению заказа, полученного из Швейцарии: в течение пяти лет туда будут поставлены 1600 работающих на топливных элементах грузовиков, в которых из экологических (и, соответственно, имиджевых) соображений заинтересованы, в частности, крупные сети супермаркетов. Правда, альпийской республике предстоит еще построить соответствующие заправочные станции. 

Без «зеленого» водорода прорыва не будет 

Оливер Гутт порекомендовал следить за развитием сети водородных заправок в Европе на немецком сайте h3. live. Там сразу же бросается в глаза: Германия со своими скоро 100 станциями является бесспорным европейским лидером. Или, иначе говоря: в других странах континента инфраструктура для h3 развита еще меньше.

Принципиально важен также вопрос, откуда берется водород. Производить его из углеводородов, например, из природного газа, с экономической точки зрения представляется не очень оправданным, ведь в таком случае автомобили можно было бы напрямую заправлять компримированным (CNG) или сжиженным природным газом (LNG).

С точки зрения экологии и защиты климата смысл имеет только «зеленый» водород, получаемый из обычной воды методом электролиза с использованием избыточной электроэнергии ветряных и солнечных электростанций. Но широкое промышленное внедрение экспериментально уже апробированной технологии Power to Gas только начинается. Правда, правительство ФРГ твердо намерено форсировать этот процесс.

Выступая вместе с Андреасом Шойером на конференции в Берлине, министр экономики и энергетики ФРГ Петер Альтмайер (Peter Altmaier) заявил: «Мы хотим, чтобы Германия стала в области водородных технологий номером 1 в мире». Насколько реалистичен этот лозунг в автомобильной сфере, покажет время. Но самые первые в мире водородные поезда начали перевозить пассажиров именно в ФРГ.

Смотрите также:

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Электростанция из аккумуляторов

  Как хранить в промышленных масштабах излишки электроэнергии, выработанной ветрогенераторами и солнечными панелями? Соединить как можно больше аккумуляторов! В Германии эту технологию с 2014 года отрабатывают в институте общества Фраунгофера в Магдебурге (фото). По соседству, в Шверине, тогда же заработала крупнейшая в Европе коммерческая аккумуляторная электростанция фирмы WEMAG мощностью 10 МВт.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Большие батареи на маленьком острове

  Крупнейшие аккумуляторные электростанции действуют в США и странах Азии. А на карибском острове Синт-Эстатиус (Нидерландские Антилы) с помощью этой технологии резко снизили завоз топлива для дизельных электрогенераторов. Днем местных жителей, их около 4 тысяч, электричеством с 2016 года снабжает солнечная электростанция, а вечером и ночью — ее аккумуляторы, установленные фирмой из ФРГ.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Главное — хорошие насосы

  Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) — старейшая и хорошо отработанная технология хранения электроэнергии. Когда она в избытке, электронасосы перекачивают воду из нижнего водоема в верхний. Когда она нужна, вода сбрасывается вниз и приводит в действие гидрогенератор. Однако далеко не везде можно найти подходящий водоем и нужный перепад высот. В Хердеке в Рурской области условия подходящие.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Место хранения — норвежские фьорды

  Оптимальные природные условия для ГАЭС — в норвежских фьордах. Поэтому по такому кабелю с 2020 года подводная высоковольтная линия электропередачи NordLink длиной в 623 километра и мощностью в 1400 МВт будет перебрасывать излишки электроэнергии из ветропарков Северной Германии, где совершенно плоский рельеф, на скалистое побережье Норвегии. И там они будут храниться до востребования.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Электроэнергия превращается в газ

  Избытки электроэнергии можно хранить в виде газа. Методом электролиза из обычной воды выделяется водород, который с помощью СО2 превращается в метан. Его закачивают в газохранилища или на месте используют для заправки автомобилей. Идея технологии Power-to-Gas родилась в 2008 году в ФРГ, сейчас здесь около 30 опытно-промышленных установок. На снимке — пилотный проект в Рапперсвиле (Швейцария).

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Водород в сжиженном виде

  Идея Power-to-Gas дала толчок разработкам в разных направлениях. Зачем, к примеру, превращать в метан полученный благодаря электролизу водород? Он и сам по себе отличное топливо! Но как транспортировать этот быстро воспламеняющийся газ? Ученые университета Эрлангена-Нюрнберга и фирма Hydrogenious Technologies разработали технологию его безопасной перевозки в цистернах с органической жидкостью.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  В чем тут соль?

  Соль тут в тех круглых резервуарах, которые установлены посреди солнечной электростанции на краю Сахары близ города Уарзазат в Марокко. Хранящаяся в них расплавленная соль выступает в роли аккумуляторной системы. Днем ее нагревают, а ночью используют накопленное тепло для производства водяного пара, подаваемого в турбину для производства электричества.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Каверна в роли подземной батарейки

  На северо-западе Германии много каверн — пещер в соляных пластах. Одну из них энергетическая компания EWE и ученые университета Йены превратили в полигон для испытания технологии хранения электроэнергии в соляном растворе, обогащенном особыми полимерами, которые значительно повышают эффективность химических процессов. По сути дела, речь идет о попытке создать гигантскую подземную батарейку.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Крупнейший «кипятильник» Европы

  Человечество давно уже использует тепло для производства электроэнергии. Возобновляемая энергетика поставила задачу, наоборот, превращать электричество, в том числе и избыточное, в тепло (Power-to-Heat). Строительство в Берлине крупнейшего «кипятильника» Европы мощностью 120 МВт для отопления 30 тысяч домашних хозяйств компания Vattenfall намерена завершить к концу 2019 года.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Накопители энергии на четырех колесах

  Когда по дорогам мира будут бегать миллионы электромобилей с мощными аккумуляторными батареями, они превратятся в еще один крупный накопитель энергии из возобновляемых источников. Этому поспособствуют умные сети энергоснабжения (Smart grid): они будут стимулировать подзарядку по низким ценам в моменты избытка электричества. (На фото — заправка для электромобилей в Китае).

  Автор: Андрей Гурков

Первый в России автомобиль на водородном топливе представят в Сколково

Новости > Хроника рынков НТИ > AutoNet

11.10.2019

На площадке форума «Открытые инновации» состоится презентация электрокара с водородными топливными элементами

В Центре компетенций НТИ по технологиям новых и мобильных источников энергии на базе Института проблем химической физики Российской академии наук, разработн водородный топливный элемент для легкового электроавтомобиля. Транспортное средство на водородном топливе будет представлено на форуме «Открытые инновации», который откроется 21 октября в Сколково, сообщает агентство ТАСС, со ссылкой на руководителя Центра компетенций НТИ Юрия Добровольского.

Специалисты Центра разработали энергоустановку, способную заряжать аккумулятор в процессе движения электроавтомобиля, а в будущем и машины на газовом топливе, продлевая длительность пробега.

«Время, на которое можно продлить длительность пробега, зависит от скорости потока и дорожных условий. Если автомобиль постоянно находится в движении, он потребляет энергию от аккумулятора, а значит его заряд восстанавливается медленнее. В условиях дорожной пробки будет сохранять заряд, а значит время работы увеличится. По нашим расчетам, пробег можно увеличить в 1,5-3 раза», – пояснил Юрий Добровольский.

Водородный топливный элемент потребляет 7 литров топлива в день, этого объема хватает на 500 км пробега. Для работы таких автомобилей потребуется сеть водородных заправочных станций, проект которой также разрабатывают в Центре компетенций НТИ. В случае, если водородные автомобили будут обслуживаться на газовых станциях заправки, стоимость водородного топлива будет сравнима с газом.

«Сейчас мы разрабатываем систему, при наличии газовых заправок в которой, стоимость водорода получается намного дешевле бензина и приближается к цене природного газа. Если водород привозится с завода в чистом виде, то он, конечно, будет дороже за счет множества лишних этапов транспортировки, но при встраивании водородной станции в систему газовой заправки, цена становится соизмеримой по стоимости с газом», – убежден Юрий Добровольский.

Партнером Центра компетенций НТИ по технологиям новых и мобильных источников энергии в проекте автомобиля на водородном топливе выступает компания «Электротранспортные технологии». Как сообщил ТАСС генеральный директор компании Антон Поппель, в перспективе силовая установка может использоваться для беспилотников.
«Есть планы по разработке решения для беспилотных грузовых платформ, которые также нуждаются в энергосистемах, способных снизить частоту заправки до минимума», – пояснил Антон Поппель.

Испытания легкового автомобиля с водородным топливным элементом на полигоне запланированы на февраль 2020 года, в мае разработчики протестируют установку для грузовиков. Статус предсерийного образца для первых коммерческих легковых электромобилей установка может получить уже летом 2020 года. Массовое внедрение технологии начнется только после создания инфраструктуры, считают авторы разработки.

---

---

Центр компетенций по технологиям новых и мобильных источников энергии – один из 14 центров компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ, проектный офис — Российская венчурная компания), которые созданы в России в рамках нацпроекта «Наука». Главная его задача — разработка технологии создания новых и портативных источников энергии. 

Форум «Открытые инновации» проводится ежегодно с 2012 года под эгидой правительства РФ и является площадкой для обсуждения проблем развития и коммерциализации новейших технологий, а также создания новых инструментов международного сотрудничества в этой сфере. В этом году он пройдет 21-23 октября в инновационном центре «Сколково». Темой форума станет «Цифровая нация. Трансфер к интеллектуальной экономике». Программа включает более 150 деловых сессий с участием экспертов из более 90 стран мира — ученых, инвесторов, предпринимателей, управленцев.

В организации форума принимают участие Министерство экономического развития РФ, правительство Москвы, Фонд «Сколково», Российская венчурная компания, Фонд инфраструктурных и образовательных программ, Фонд содействия инновациям, Государственная корпорация развития «ВЭБ.РФ».
 и др. ТАСС является информационным партнером форума.

#электротранспорт, #водородная энергетика

Эксперты рассказали, когда водородные авто станут выгоднее бензиновых

МОСКВА, 24 апр — ПРАЙМ. Автомобили на водородном топливе станут выгоднее для покупателей, чем классические авто на бензине, когда цена водорода на российском рынке достигнет 3 долларов за килограмм, заявили ПРАЙМ в Центре компетенций НТИ по технологиям новых и мобильных источников энергии.

«Мы сделали расчеты, которые показывают, что, если крайне высокая сейчас стоимость водорода на отечественном рынке придет к 3 долларам за килограмм, водородные автомобили станут выгоднее электромобилей на аккумуляторах. И со временем даже обычных автомобилей с ДВС (двигателями внутреннего сгорания — ред.)», — сказал руководитель Центра компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» Юрий Добровольский. При этом эксперты не назвали текущую цену водорода в РФ, так как рынок этого топлива еще не сформирован.

Цена автомобилей складывается из разных составляющих, в том числе в нее заложена стоимость инфраструктуры. И если бензиновая инфраструктура уже давно окупила себя, то в случае с водородом расходы на нее будут включаться в стоимость машин, пояснил замруководителя Центра компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» Алексей Паевский.

По мнению Добровольского, личный транспорт в России вряд ли скоро станет работать на водородном топливе именно из-за дороговизны заправочной инфраструктуры, а вот существенная часть городского пассажирского транспорта может перейти на водород в течение пяти лет.

«Изначально экономичнее будет использовать водород именно на городском транспорте и на муниципальном. Когда весь транспорт возвращается ночью в парк на заправку. Это позволит сделать не очень большое количество заправочных станций и это будет экономически выгодно по сравнению с бензиновым транспортом», — добавил Паевский.

Говоря о преимуществах водорода в качестве топлива перед бензином, дизтопливом и природным газом, один из собеседников агентства подчеркнул, что водород полностью экологичен.

«Водород — это абсолютно чистое топливо при использовании. А природный газ, хотя и дает выбросов меньше, чем бензин или дизельное топливо, но тем не менее он загрязняет окружающую среду, особенно в виде парниковых газов. В случае водорода вред для природы определяется только тем, как он был произведен», — заключил Добровольский.

В России предложили упразднить потребительскую корзину

Существует условная градация водорода по цвету в зависимости от способа его производства и выделяемого при этом углеродного следа. К примеру, наиболее «чистым» водородом в отрасли считается «зеленый», получаемый за счет электролиза воды с применением энергии из возобновляемых источников (ВИЭ). Есть также «голубой» водород — из природного газа. При его производстве побочный углекислый газ улавливается и хранится в специальных хранилищах. «Серым» считается водород, при получении которого углекислый газ выбрасывается в атмосферу.

Президент РФ Владимир Путин поставил задачу к 2023 году создать в стране городской автобус, работающий на водородном топливе. Доля транспорта на водородном топливе в России в настоящее время равна нулю. «Камаз» уже заявил о начале соответствующих разработок. Как сообщили РИА Новости в пресс-службе Минпромторга РФ, первые автобусы, работающие на водородном топливе, выйдут на улицы российских городов в 2024 году.

Ученые приблизились к созданию дешевых водородных автомобилей

https://ria.ru/20200824/avtomobili-1576244320.html

Ученые приблизились к созданию дешевых водородных автомобилей

Ученые приблизились к созданию дешевых водородных автомобилей

Датские ученые разработали новый дешевый вид катализаторов для водородных двигателей. Это может изменить ситуацию в автомобилестроении. Результаты описаны в… РИА Новости, 24.08.2020

2020-08-24T18:00

2020-08-24T18:00

2020-08-24T18:01

наука

автомобили

химия

открытия — риа наука

копенгагенский университет

дания

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn25.img.ria.ru/images/17102/65/171026525_0:26:501:307_1920x0_80_0_0_b16035c94c22bf37e028c5ac3d03fde5.jpg

МОСКВА, 24 авг — РИА Новости. Датские ученые разработали новый дешевый вид катализаторов для водородных двигателей. Это может изменить ситуацию в автомобилестроении. Результаты описаны в статье, опубликованной в журнале Nature Materials.Пока автомобили с водородным двигателем — большая редкость. Все дело в стоимости катализаторов, для производства которых нужна платина. И если в обычных автомобилях используется около пяти граммов этого дорогого металла, то в экологически чистых водородных двигателях — в десять раз больше.Химики из Копенгагенского университета разработали катализатор, который не требует такого большого количества платины.»Для нашего катализатора нужна лишь небольшая часть того количества платины, которое обычно используется в современных водородных топливных элементах для автомобилей, — приводятся в пресс-релизе университета слова руководителя исследования, профессора химии Маттиаса Аренца (Matthias Arenz). — Мы приближаемся к тому же количеству платины, которое требуется для обычного автомобиля. При этом наш новый катализатор намного более стабилен, чем катализаторы, используемые в современных водородных автомобилях».Авторы отмечают, что новые устойчивые технологии часто сталкиваются с проблемой ограниченной доступности редких материалов, что служит препятствием для их промышленного применения. Возможность снизить зависимость от дефицитных или дорогих материалов меняет правила игры.»Новый катализатор позволяет организовать производство водородных транспортных средств в гораздо большем масштабе, чем когда-либо в прошлом», — заявляет еще один автор статьи, профессор Ян Россмейсл (Jan Rossmeisl), руководитель Центра катализа высокоэнтропийных сплавов при кафедре химии Копенгагенского университета.Новый катализатор позволяя производить больше лошадиных сил на грамм платины. При этом он более прочный. Последнее качество не менее важное, чем стоимость. Чем больше поверхность катализатора, тем эффективнее он работает. Но для покрытия большой поверхности, требуется много металла, а если слой будет очень тонким и непрочным, активность катализатора снизится. Для решения этой дилеммы в современных катализаторах слой наночастиц платины покрывают сверху углеродом. К сожалению, углерод делает катализаторы нестабильными. Новый катализатор не содержит углерода. Вместо наночастиц исследователи применили в нем сеть нанопроволок, характеризующихся большой площадью поверхности и высокой прочностью. «С этим прорывом надежда на то, что что водородные автомобили станут обычным явлением, заметно усилилась. Это позволяет сделать их более дешевыми, экологичными и долговечными», — говорит Россмейсл.На следующем этапе исследователи планируют начать переговоры с представителями автомобильной промышленности, чтобы реализовать новую технологию на практике.Центр катализа высокоэнтропийных сплавов (CHEAC), в котором велась разработка, — своего рода центр передового опыта, поддерживаемый Датским национальным исследовательским фондом. В нем разрабатывают новые каталитические материалы для создания экологически чистых химикатов и топлива.

https://ria.ru/20200506/1571028781.html

https://ria.ru/20200804/1575334175.html

дания

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn24.img.ria.ru/images/17102/65/171026525_28:0:472:333_1920x0_80_0_0_18b115f59d18d61416f2bb0318e74aef.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

автомобили, химия, открытия — риа наука, копенгагенский университет, дания

МОСКВА, 24 авг — РИА Новости. Датские ученые разработали новый дешевый вид катализаторов для водородных двигателей. Это может изменить ситуацию в автомобилестроении. Результаты описаны в статье, опубликованной в журнале Nature Materials.

Пока автомобили с водородным двигателем — большая редкость. Все дело в стоимости катализаторов, для производства которых нужна платина. И если в обычных автомобилях используется около пяти граммов этого дорогого металла, то в экологически чистых водородных двигателях — в десять раз больше.

Химики из Копенгагенского университета разработали катализатор, который не требует такого большого количества платины.

«Для нашего катализатора нужна лишь небольшая часть того количества платины, которое обычно используется в современных водородных топливных элементах для автомобилей, — приводятся в пресс-релизе университета слова руководителя исследования, профессора химии Маттиаса Аренца (Matthias Arenz). — Мы приближаемся к тому же количеству платины, которое требуется для обычного автомобиля. При этом наш новый катализатор намного более стабилен, чем катализаторы, используемые в современных водородных автомобилях».

Авторы отмечают, что новые устойчивые технологии часто сталкиваются с проблемой ограниченной доступности редких материалов, что служит препятствием для их промышленного применения. Возможность снизить зависимость от дефицитных или дорогих материалов меняет правила игры.

6 мая 2020, 14:30НаукаКитайские ученые создали прототип реактивного двигателя на воздухе

«Новый катализатор позволяет организовать производство водородных транспортных средств в гораздо большем масштабе, чем когда-либо в прошлом», — заявляет еще один автор статьи, профессор Ян Россмейсл (Jan Rossmeisl), руководитель Центра катализа высокоэнтропийных сплавов при кафедре химии Копенгагенского университета.

Новый катализатор позволяя производить больше лошадиных сил на грамм платины. При этом он более прочный. Последнее качество не менее важное, чем стоимость. Чем больше поверхность катализатора, тем эффективнее он работает.

Но для покрытия большой поверхности, требуется много металла, а если слой будет очень тонким и непрочным, активность катализатора снизится. Для решения этой дилеммы в современных катализаторах слой наночастиц платины покрывают сверху углеродом. К сожалению, углерод делает катализаторы нестабильными.

Новый катализатор не содержит углерода. Вместо наночастиц исследователи применили в нем сеть нанопроволок, характеризующихся большой площадью поверхности и высокой прочностью.

«С этим прорывом надежда на то, что что водородные автомобили станут обычным явлением, заметно усилилась. Это позволяет сделать их более дешевыми, экологичными и долговечными», — говорит Россмейсл.

На следующем этапе исследователи планируют начать переговоры с представителями автомобильной промышленности, чтобы реализовать новую технологию на практике.

Центр катализа высокоэнтропийных сплавов (CHEAC), в котором велась разработка, — своего рода центр передового опыта, поддерживаемый Датским национальным исследовательским фондом. В нем разрабатывают новые каталитические материалы для создания экологически чистых химикатов и топлива.

4 августа 2020, 09:04НаукаРоссийские ученые смоделировали материал для хранилищ водорода

Когда в России появятся водородные автомобили — Российская газета

На стыке 2020-2021 годов в мире начался водородный бум. Сейчас чуть ли не дурным тоном считаются возражения прогнозам, что через десяток-другой лет элемент N 1 заменит все виды углеводородного топлива в энергетике и на транспорте.

Наша страна не остается в стороне от водородного тренда. В ноябре прошлого года премьер Михаил Мишустин утвердил программу развития водородной энергетики в России до 2024 года. Далее последовали высказывания высшего истеблишмента о потенциале развития водородной энергетики в стране. Подытожил ряд программных выступлений Владимир Путин, поставив правительству задачу разработать к 2023 году автобус на водороде, а позже и локомотив. Так что повернуть назад не получится.

«Японская Toyota запустила массовые продажи своего водородного автомобиля Toyota Mirai еще в 2015 году. В Германии на регулярной основе курсирует пригородный поезд на водороде производства Alstom, ожидаются поставки еще 27 подвижных составов. В мире существует множество подобных проектов, — рассказал «РГ» гендиректор компании Drive Electro, доктор технических наук, профессор Института механики и энергетики имени В. П. Горячкина Сергей Иванов, — в то же время водородный транспорт пока не вышел на массовое производство. Даже в Японии, стране, где «дорожную карту» по переходу на водородную энергетику подписали еще в 2014 году, на всю страну всего 2,5 тысячи таких машин».

Почему же не происходит скачка в развитии водородного транспорта и когда стоит ждать массового использования водородных автомобилей в России? Разбираемся в этом вместе с экспертом.

Водородный транспорт — это тоже электромобиль, только более продвинутый, объясняет Сергей Иванов. Вместо аккумуляторных батарей электродвигатель питают топливные элементы. Такая техника надежна, неприхотлива, бесшумна, работает без вредных выбросов. Использование водорода особенно актуально для ТС, которые передвигаются на большие расстояния. Без дополнительной заправки можно проехать от 500 до 1000 километров. Плюсы использования водородного двигателя очевидны и в целом общеизвестны — его КПД намного выше, чем у двигателя внутреннего сгорания, а благодаря использованию электрической трансмиссии таком транспорту присуще накопление энергии при торможении.

2 миллиона тонн может составить экспорт водорода из России к 2035 году

Тем не менее причины, по которым правительство России задумалось о возможном переходе на водородный транспорт и водородную энергетику, лежат за пределами чисто технологических вопросов, уверен Сергей Иванов. В июле 2020 года была опубликована водородная стратегия ЕС, согласно которой страны-участники планируют полностью отказаться от автомобилей на ДВС к 2040 году. Помимо этого ЕС планирует значительно снизить долю использования традиционных энергоносителей. «А Россия очень зависима от цен на энергоносители ввиду специфики структуры своей экономики, — подчеркивает профессор. — Более того, углеводороды — наш главный экспортный продукт, а Европа — основной торговый партнер и потребитель энергоресурсов. Чтобы сохранить за собой статус экспортера и избежать трансграничных налогов при поставках продукции в Евросоюз, нашей стране придется следовать стандарту чистого производства».

Однако, несмотря на радужные перспективы новых технологий, здесь есть ряд серьезных проблем. Традиционные способы получения водорода из метанола энергозатратны и связаны с выбросами углекислого газа. Производство же «зеленого» водорода путем электролиза резко увеличивает его стоимость. Ограничением массового использования водорода являются также вопросы его хранения и транспортировки. И решение этих вопросов требует огромных финансовых и временных ресурсов.

Тем не менее экономические стимулы к переходу на водород есть уже сейчас и будут расти стремительно по мере дальнейшего развития технологий. «Водород нужен не только как моторное топливо и для генерации энергии, — рассказывает Сергей Иванов. — сейчас на 95 процентов он используется в нефтехиме. При этом Россия уже занимает хорошие позиции на рынке. Согласно Энергетической стратегии России до 2035 года экспорт водорода из нашей страны должен достигнуть 2 миллионов тонн. По прогнозу минэнерго, за 30 лет рынок водорода вырастет с сегодняшних 110 до 150-160 миллионов тонн. По разным прогнозам, объем рынка водорода в денежном эквиваленте может достигнуть 200 миллиардов долларов уже к 2023 году».

Все предпосылки для развития водородной энергетики в России есть. Это отдельно отметил зампред правительства Александр Новак: «В России есть развитые газовый и атомно-энергетический комплексы, которые могут помочь в производстве водорода. Например, водород можно производить методом электролиза или путем переработки газа (запасы которого в стране огромны). Поэтому Россия обладает серьезным потенциалом не только для развития, но даже мирового лидерства в водородной энергетике».

Растет и рынок электрического транспорта. По прогнозам Bloomberg New Energy Finance, к 2040 году ежегодные продажи электрокаров, в том числе тех, что используют водород, достигнут 35 процентов от общего числа продаваемых машин. А Россия имеет примеры эффективного запуска транспорта на электротяге. «Уже сейчас Москва является лидером по количеству электробусов в Европе. Технологии производства водородного транспорта в целом схожи. Следовательно, внедрить водородный транспорт и наладить его массовый выпуск будет возможно. Все это будет способствовать снижению стоимости самого водорода и одновременно повысит скорость окупаемости связанных с его производством и дистрибуцией инфраструктурных проектов. Именно поэтому кажущиеся малоэффективными с точки зрения экономической целесообразности решения имеют для России огромные перспективы», — резюмирует Сергей Иванов.

Так что похоже, что скачок развития водородного транспорта происходит прямо сейчас. К нему готовы как технологии, так и правительство. А это значит, что ждать водородный транспорт в России осталось недолго. К 2023 году первые автобусы на водородном топливе уже поедут по дорогам городов. Радует и то, что, по прогнозам Bloomberg New Energy Finance, уже к 2025 году стоимость автомобилей на водороде сравняется со средней ценой обычных автомобилей.

опасно или выгодно?, утилизация автомобилей и машин, #утилизация

С поисками все новых альтернативных источников топлива человечество логично пришло к использованию водорода в двигателях внутреннего сгорания. Самыми известными моделями на водородном топливе, выпускаемыми в наши дни, являются:

• Honda FCX Clarity;
• Mercedes-Benz F-Cell;
• Toyota Mirai;
• BMW 7 Hydrogen;
• Mazda RX-8 Hydrogen.

Казалось бы, это решение может распространиться смело и на другие концерны, решив проблему нефтяного кризиса. Однако водород – во-первых, не единственная, а во-вторых, не самая безопасная альтернатива. Недаром электромобили вроде Tesla сейчас выигрывают партию.

Знаете ли вы? Что первый ДВС на водородном топливе изобрел француз де Риваз в 1806 году. А в период Ленинградской блокады, когда не было бензина, гениальные конструкторы переделали двигатели более, чем 500 транспортных средств под водород, и те работали без отказа до конца блокады.

Плюсы водородного топлива

Согласно исследованиям, водород понижает номинальную мощность мотора почти на 80%, однако если исправить под него систему зажигания, водород, наоборот, повысит ее мощность на 18%. И в этом плюс: изменения, которые вносятся в конструкцию автомобиля, небольшие и недорого стоящие.

Второе преимущество – неоспоримая экологическая чистота топлива. Когда Toyota презентовала свой последний «водородный» автомобиль, один из журналистов демонстративно сделал несколько глотков выхлопов, которые после водорода выходят жидкими. Следовательно, планете подобные автомобили вредят гораздо меньше.

Наконец, доступность водорода говорит в его пользу: это топливо можно получать даже из компоста, канализационных вод, биомусора. То есть, не нужно платить нефтяникам.

Есть ли минусы?

Опасность довольно большая состоит в том, что водород – один из самых легких газов, который в чистом виде без удержания просто улетит в верхние слои атмосферы. Поэтому его связывают в виде воды или метана, и уже внутри двигателя высвобождают. Этот процесс делает более дорогой технологию, да и стоимость сжиженного водорода, которая колеблется от 2 до 8 евро.

Пока что ни у нас, ни в Европе нет достаточного количества водородных заправок. Во многом это обусловлено низкой рентабельностью. А также тем, что стоит чистому водороду просочиться сквозь любую щель, он превращается в гремучий легко взрываемый газ. Для его воспламенения достаточно в 10 раз меньше энергии, чем для воспламенения бензина. Горит водород неярко, его сложно сразу заметить, но задохнуться ядовитыми газами очень просто. Так вывод – пока что водородные ДВС слишком дороги и для кошелька, и для здоровья человека.

2021 Honda Clarity Fuel Cell — Автомобиль с водородным двигателем

УДОБСТВА

Передние сиденья с подогревом

Почувствуйте себя уютно холодным утром или в разгар зимы с подогревом передних сидений.

УДОБСТВА

Индикация на лобовом стекле

Следите за дорогой с помощью проекционного дисплея, который отображает ключевую информацию о транспортном средстве на нижнем ветровом стекле для большей осведомленности о дороге.

УДОБСТВА

Аудиосистема премиум-класса

Топливный элемент Honda Clarity 2021 оснащен 8-дюймовым сенсорным экраном Display Audio и 540-ваттной аудиосистемой премиум-класса с 12 динамиками.

УДОБСТВА

Двухзонный автоматический климат-контроль

Вы и ваш передний пассажир можете выбрать идеальную температуру с помощью двухзонного автоматического климат-контроля.

УДОБСТВА

Органы управления на рулевом колесе

Сенсорные элементы управления на рулевом колесе позволяют легко отвечать на звонки, регулировать громкость и получать доступ к информации о водителе.

УДОБСТВА

Сдвиг по проводам

Топливный элемент Honda Clarity Fuel Cell разработан с учетом потребностей водителя, от электронного переключателя передач одним касанием до спортивного режима, повышающего производительность.

2021 Toyota Mirai Fuel Cell Vehicle

Mirai вырабатывает электроэнергию, соединяя водород с кислородом из внешнего воздуха.

В основе Mirai водород из топливного бака и воздух, поступающий из воздухозаборной решетки, встречаются в Стек топливных элементов. Там химическая реакция с участием кислорода воздуха и водорода создает электричество, питающее Мираи. В конце концов, единственный побочный продукт — это вода.

Ограничено показано с доступными 20-дюйм. Диски из алюминиевого сплава Super Chrome. Показан прототип автомобиля с опциями с использованием визуальных эффектов.

Заправить Mirai просто. Там же насос и форсунка, как на бензоколонке. Когда вы накачиваете водород попадает в топливные баки, армированные углеродным волокном, где и хранится. Примерно через пять минут [mirai_fueling] вы будете готовы отправиться в путь.

Ограничено показано в Hydro Blue [extra_cost_color] с доступными 20-дюйм.Диски из алюминиевого сплава Super Chrome. Показан прототип автомобиля с опциями с использованием визуальных эффектов.

УЧИТЬ БОЛЬШЕ

Водородные топливные баки Mirai прошли тщательные испытания и соответствуют требованиям Глобальных технических правил № 13. [mirai_safety] Его топливные баки с полимерным покрытием и углеродным волокном, покрытые углеродным волокном, поглощают в пять раз больше энергии удара, чем сталь. При высокоскоростном столкновении датчики предназначены для остановки потока водорода, и любой вытекший водород быстро улетучится обратно в атмосферу.

Резервуары с водородом показаны с использованием визуальных эффектов.

Мы делаем это еще проще. Mirai поставляется с бесплатным топливом на 15 000 долларов США или на 6 лет при покупке и 15 000 долларов США на бесплатное топливо на 3 года при аренде. После покупки мы предоставим вам топливную карту, поэтому все, что вам нужно сделать, это провести пальцем, чтобы начать заправку. [mirai_comp_fuel2]

Ограничено показано в Hydro Blue [extra_cost_color] с доступными 20-дюйм.Диски из алюминиевого сплава Super Chrome. Показан прототип автомобиля с опциями с использованием визуальных эффектов.

Автомобили на водородных топливных элементах: что вам нужно знать

Помимо тонкой сети заправочных станций, есть еще одна причина низкого спроса на автомобили на водородных топливных элементах: их относительно дорого покупать. Несколько моделей автомобилей на топливных элементах, которые уже доступны на рынке, стоят около 80 000 долларов США за автомобиль среднего или высшего класса. Это почти вдвое больше, чем у сопоставимых полностью электрических или гибридных автомобилей.

Есть ряд причин, по которым автомобили на водородных топливных элементах все еще дороги. В дополнение к небольшим объемам, что означает, что производство еще предстоит индустриализировать, существует также вопрос о потребности в драгоценном металле, платине, которая действует как катализатор при выработке электроэнергии. Количество платины, необходимой для топливных элементов транспортных средств, уже значительно уменьшено. «Общая цель — снизить цены на автомобили с водородным двигателем до уровня, аналогичного цене других электромобилей», — объясняет Рюкер.

Другой причиной высокой закупочной цены является то, что автомобили на водородных топливных элементах, как правило, довольно большие, поскольку водородный бак (и) занимает много места. С другой стороны, привод для электромобиля с чисто аккумуляторным приводом также подходит для небольших автомобилей. Вот почему классические электромобили в настоящее время можно найти во всех классах автомобилей.

Помимо стоимости покупки, , эксплуатация, , , затраты также играют важную роль в экономической эффективности и принятии двигательной технологии.В автомобилях с водородными топливными элементами эти затраты не в последнюю очередь зависят от цены на топливо. В настоящее время 1 фунт (0,45 кг) водорода стоит около 14 долларов США в США по сравнению с 4,80 доллара США в Германии (это цена, о которой договорились партнеры h3 Mobility). FCEV может проехать около 28 миль (45 км) на 1 фунте (0,45 кг) водорода.

Таким образом, стоимость километра пробега автомобилей на водороде в настоящее время почти вдвое выше, чем стоимость проезда автомобилей с батарейным питанием, заряжаемых дома. Рюкер ожидает, что эти эксплуатационные расходы сойдутся: «Если спрос на водород возрастет, цена может упасть примерно до 2 долларов США. 50 долларов США за фунт (5,60 долларов США за кг) к 2030 году ».

Почему мы все еще не можем выполнить обещание о водородных автомобилях

Предсказывать будущее всегда рискованно. Но уже давно было ясно, что транспортные средства являются одним из основных источников загрязнения воздуха, которое уносит тысячи жизней в год только в США из-за болезней легких, астмы, рака и т. Д. И в конечном итоге мир должен был перейти к автомобилям, которые не обращались с нашим общим воздухом как с гигантским мусорным баком, выбрасывая токсичные вещества каждый раз, когда они включались.

Две технологии могут обеспечить автомобили с нулевым уровнем выбросов: аккумуляторно-электрические силовые агрегаты и водородные топливные элементы. На протяжении десятилетий водород считался «топливом будущего», а электромобили ограничивались нишей небольших городских автомобилей ближнего действия.

Дело не в этом. И поскольку 2020 год, кажется, станет важным годом для разработки электромобилей — не говоря уже о пандемии, — стоит изучить, как это произошло.

Электромобили затопили автомобили с водородом

Все сводится к двум вещам: стоимости аккумуляторных батарей и заправочной инфраструктуре.За последние 10 лет консенсус по обоим вопросам радикально изменился.

Несмотря на более чем полувековую разработку, начиная с 1966 года, когда компания GM выпустила Electrovan, автомобили на водородных топливных элементах остаются небольшими по объему, дорогими в производстве и ограниченными для продажи в нескольких странах или регионах, построивших водородные заправочные станции.

Тойота

Развитие водородных транспортных средств было медленным, но устойчивым; Toyota Mirai 2016 года была первым подобным автомобилем, когда-либо выпускавшимся объемом от 1000 штук в год.Toyota заявляет, что ее преемник 2021 года будет построен в 10 раз больше. (Это также намного более впечатляюще визуально, чего нельзя было сказать о его поразительном и неуклюжем предшественнике. Теперь и задний привод.)

Между тем, через 10 лет после того, как первые современные электромобили поступили в продажу, электромобили продаются в низкие миллионы в год во всем мире — на два порядка больше, чем у водородных аналогов. Скорее всего, они пока не приносят стабильной прибыли ни одному производителю, включая Tesla, но General Motors и Volkswagen заявляют, что это изменится в течение следующих нескольких лет, задолго до 2030 года.

Важно отметить, что транспортные средства с батарейным питанием — это технология, на которую Китай возложил вес своей правительственно-промышленной политики на автомобильную промышленность страны, а не на водородные топливные элементы. Он намеревается доминировать в мировом производстве автомобилей со штепсельными вилками так же, как он уже делает фотоэлектрические солнечные элементы — и скоро сделает это в литий-ионных аккумуляторных элементах.

Цифры нехорошие

Первая Toyota Mirai была доставлена ​​в США в ноябре 2015 года. Со временем к ней присоединились Honda Clarity Fuel Cell и Hyundai Nexo.Все они работают на водороде и не имеют выхлопных газов, кроме конденсированного водяного пара. Это единственные три автомобиля с водородным двигателем, которые вы можете арендовать или купить.

Тойота

Оригинальная Toyota Mirai.

С 2012 года в США было продано около 8000 автомобилей, работающих на водороде. Они могут эксплуатироваться только в Калифорнии, потому что это единственное место с (дорогой и пока ненадежной) водородной заправочной сетью.Они могут путешествовать по большей части штата, но из Лос-Анджелеса в Тусон и обратно? Невозможно сделать.

Напротив, спустя почти 10 лет после начала эры современных электромобилей (которая началась в декабре 2010 года) в США было продано полностью 1,3 миллиона электромобилей и гибридных автомобилей с подзарядкой от аккумулятора. не Tesla, но это, по крайней мере, возможно.

Препятствия для любых автомобильных инноваций значительны, и переход на топливо (или, технически, на энергоносители) является одним из самых сложных.Этанол не изменил правила игры, как ожидалось 15 лет назад. Что касается легковых автомобилей с дизельным двигателем, то мы знаем, чем закончилась история той .

Между тем автомобили с пробками идут все сильнее. Это происходит не из-за того, что вы могли бы назвать «естественным» рыночным спросом, а благодаря строгим национальным и региональным нормам, призванным сократить выбросы выхлопных газов дорожных транспортных средств. Автопроизводители считают, что электромобили являются гораздо лучшим ответом на эти правила, чем автомобили на водородных топливных элементах.

На самом деле ничего нового

Электромобили были с нами с самого начала автомобильной эры. В 1900 году на них приходилась треть всех продаж автомобилей, остальное приходилось на паровые автомобили и бензин. Их ограничением был диапазон их батарей, основанный на свинцово-кислотном составе, который все еще присутствует в ваших 12-вольтовых стартерных батареях сегодня.

Изобретение электрического самостартера в 1912 году означало, что водители больше не рисковали сломанной рукой, просто заводя свой бензиновый автомобиль.А более высокая плотность энергии топлива (что означает больший радиус действия) позволила ему превзойти батареи. Обратные стороны — от выбросов до отравления свинцом из-за присадок к бензину — не стали бы акцентироваться до 1950-х годов.

Mazda

Mazda HR-X водородный шоу-кар с 1991 года.

Начиная с 1990-х годов, потребительская электроника предоставила технологию для создания более совершенных электромобилей.Внезапно потребность в хранении энергии в небольших, легких и сложных устройствах привела к созданию и массовому производству литий-ионных аккумуляторных батарей, которые 30 лет назад появились на рынке в виде видеокамер Sony. Его удельная энергия в два раза выше, чем у никель-металлогидридных элементов (использовавшихся в 20-летних гибридах Toyota), и в четыре раза выше, чем у старых надежных свинцово-кислотных аккумуляторов.

С тех пор рентабельность небольших литий-ионных элементов улучшалась в среднем на 7 процентов в год. Это не закон Мура, но он лучше, чем повышение эффективности двигателя: за 140 лет термический КПД бензинового двигателя внутреннего сгорания вырос с 20 до 50 процентов (в идеальных условиях в сочетании с гибридным двигателем).

Эти аккумуляторные элементы для электромобилей дешевели намного быстрее, чем ожидалось даже 10 лет назад. Ожидается, что к 2025 году стоимость большой аккумуляторной батареи (60 киловатт-часов, скажем, на расстояние более 200 миль) упадет до «Святого Грааля» — 100 долларов за киловатт-час или меньше. Именно тогда цены на электромобили должны начать сравняться с сопоставимыми бензиновыми автомобилями.

Новаторство — это сложно

История автомобильных технологий предполагает, что компании, которые изобретают или внедряют новые технологии, могут не быть теми, кто в конечном итоге получает от этого прибыль. Помните, какая компания выпустила первый переднеприводный автомобиль с поперечным расположением двигателя в 1959 году? (Подсказка: сегодня его больше нет.)

Пионеры делают ошибки. Для США одной из таких ошибок стало предположение крупных автопроизводителей о том, что покупатели будут стремиться к электромобилям с аккумулятором с номинальным пробегом, скажем, 75 миль. Они этого не сделали. В Америке мы любим дальние поездки. (Тесла понял это.)

GM

Водородный концепт Hummer 2004 года выпуска.

Оказалось, что еще одна ошибка заключается в том, что не объясняется реальность того, что электромобили заряжаются дома или на работе — медленно, ночью или в течение восьмичасового рабочего дня — на 80 или 90 процентов пройденных ими миль, но людям нужна уверенность в дороге. быстрая зарядка. (Результатом стала сеть Tesla Supercharger.) И есть еще много всего.

Теперь, спустя 10 лет, мы знаем несколько вещей:

• 200 миль — это минимальная дальность, необходимая для получения U.S. покупатели рассматривают электромобиль; 300 миль лучше.
• Те, кто плохо знаком с электромобилями, не могут представить себе или не могут «понять» домашнюю зарядку.
• Общедоступная зарядка по-прежнему недостаточно заметна, распространена или недостаточно быстра.
• Большинство потребителей не хотят рисковать новой технологией, предпочитая сначала позволить другим проверить ее; и
• У вас должны быть электромобили всех типов транспортных средств и нескольких моделей, чтобы сделать их серьезными соперниками — а в наши дни это означает кроссоверы, внедорожники и пикапы.

Итак, с учетом всех этих препятствий, с которыми сталкиваются электромобили, почему вместо этого не начали использовать автомобили на водородных топливных элементах?

Основная причина заключается в занудном, специализированном слове, которое недооценивают в реальном мире. Это инфраструктура, глупо.

Другие включают в себя реалии сокращения выбросов CO2, мираж «быстрой заправки», который продавал регуляторы на водородных автомобилях 25 лет назад, и простой вопрос стоимости заправки.

Заправка топливом

В частности, оказалось чрезвычайно сложно, сложно и дорого построить и поддерживать сеть заправочных станций для потребителей, которые надежно, быстро и безопасно доставляют взрывоопасный газ, сжатый до 10 000 фунтов на квадратный дюйм.

Десять лет назад Закон о собрании Калифорнии 8 предусматривал план потратить 100 миллионов долларов на создание сети из 100 водородных заправочных станций к 2020 году. Каждая из них стоит около 2 миллионов долларов, по крайней мере, в 2014 году. Штат не достигнет этой цели, но он остается единственным государством из 50, где водородные автомобили могут эксплуатироваться для повседневного использования.

По состоянию на 8 апреля, согласно данным California Fuel Cell Partnership, в штате было 40 действующих водородных станций. Еще девять строились или готовились к открытию.Еще девять находились на различных стадиях планирования, а три были перечислены как неработающие. Спустя почти пять лет после того, как была поставлена ​​первая Toyota Mirai, это не очень впечатляет.

Mazda

Просто поддерживать станции в рабочем состоянии было проблемой. Как обнаружили обиженные водители топливных элементов в Северной Калифорнии, тонкая сеть заправки бесполезна, если ваше снабжение будет прервано.

В июне прошлого года на заводе по поставке водорода Air Products в Санта-Кларе произошел взрыв, в результате которого было отключено снабжение 9 из 11 заправочных станций этого района. Это привело к тому, что дизельные грузовики возили цистерны со сжатым водородом за сотни миль к северу от Южной Калифорнии за ночь, а разъяренные владельцы установили будильники в предрассветные утренние часы, чтобы вовремя добраться до заправочных станций, чтобы воспользоваться сокращенным запасом водорода, необходимым для заставляют их машины работать.

Дефицит длился до осени, и Toyota вынудила Toyota возместить арендные платежи за несколько месяцев водителям Mirai по всему штату, даже тем в Южной Калифорнии, которые не пострадали от отключения.Можно представить, как они с тоской смотрят на владельцев Tesla, которые могут подключаться к сети дома или на работе или пользоваться сетью компании, состоящей из сотен сайтов Supercharger.

Более того, ожидается, что сеть из 75 станций в Калифорнии будет обслуживать только 17 000–24 000 водородных автомобилей в 2020 году. Сегодня в штате уже есть полмиллиона автомобилей с подзарядкой от электросети. Мы упоминали, что большинство из них заряжаются за ночь дома или в течение дня на работе?

В мировом масштабе Япония и Германия обладают наиболее развитой национальной инфраструктурой для заправки водородным топливом.Несколько лет назад Германия объявила о планах построить 100 станций к 2018 году и 400 к 2025 году. Уже в 2018 году она опередила США (то есть Калифорнию) по тахеометрам.

Ожидается, что глобальным дебютом японской «водородной экономики» с автомобилями на топливных элементах станут Олимпийские игры 2020 года в Токио. Это мероприятие, очевидно, сейчас отложено. И автомобили с нулевым уровнем выбросов, скорее всего, не будут в центре внимания тех немногих клиентов, которые все еще покупают автомобили прямо сейчас.

Углеродный след

Калифорния была первым штатом, решившим проблему выбросов транспортных средств, введя в действие клапаны принудительной вентиляции картера (PCV) в 1960 году.Национальные правила выбросов, начиная с 1975 года, ограничивали объемы окиси углерода (CO), оксидов азота (NOx) и несгоревших углеводородов (HC) из выхлопных труб до уровня, при котором выбросы этих веществ составляют менее 1 процента от их уровня в 1974 году. машина.

Но Калифорния рано осознала угрозу изменения климата и начала ограничивать выбросы углекислого газа (CO2) — газа, вызывающего глобальное потепление, которое прямо пропорционально количеству сожженного топлива. Штат также потребовал, чтобы с 2012 года было продано все больше автомобилей без выбросов.Наряду с аналогичными законами в Европе, а затем и в Китае, именно это привело к появлению современных электромобилей и автомобилей на водородных топливных элементах.

Но до тех пор, пока вся электроэнергия не будет полностью возобновляемой, водородные автомобили всегда будут иметь более высокие выбросы CO2 на милю, чем электромобили, если начать с того же киловатт-часа. В электромобиле вы генерируете электричество, отправляете его по проводу, заряжаете аккумулятор, а затем разряжаете аккумулятор, чтобы повернуть колеса. Конец истории.

В водородном транспортном средстве вы используете это электричество для крекинга сырья (сегодня в основном природного газа) для получения водорода.Затем вы должны сжать этот водород, обычно за пределами площадки, и доставить его на заправочную станцию, где он хранится, а затем сжимается в баке автомобиля.

Там он поступает в батарею топливных элементов, где снова превращается в электричество (возможно, с КПД 60%)… который вращает тот же двигатель, что и в электромобиле, для привода колес.

В результате электромобили оставляют следы выбросов CO2 на милю от одной трети до половины по сравнению с автомобилями на топливных элементах. Имейте в виду, водородный автомобиль все же лучше, чем ваш средний бензиновый автомобиль с расходом 25 миль на галлон.Но электромобиль еще лучше. Регуляторы начали замечать.

Сторонники водорода, кстати, иногда публикуют исследования, которые показывают, что водород имеет преимущество в отношении СО2. Они, как правило, отбирают данные — используя, например, наилучший вариант использования водорода по сравнению со средним показателем по всей выработке электроэнергии в США. Вот один.

Быстрая заправка

Одним из направлений, где первоначально продавались регуляторы для автомобилей на водороде, была «быстрая заправка», то есть возможность восстановить большую часть номинального запаса хода автомобиля за 5 минут заправки.Водородные станции обещают это, и часто это делают, но зарядка электромобилей, конечно, не сделала этого. Даже станциям Tesla Supercharger, запущенным в конце 2012 года, требовалось от 25 до 40 минут, чтобы зарядить аккумулятор до 80 процентов емкости.

BMW

BMW Hydrogen 7 2000-х годов.

Но теперь все изменилось. Porsche Taycan может заряжаться до 270 киловатт, что означает 20-минутную перезарядку до 80 процентов.С более крупными аккумуляторными блоками возможна мощность 350 кВт, что сокращает время до 15 минут. Конечно, это не пять минут, но если учесть перерывы в ванной, покупку кофе или газированных напитков и проверку телефона, это, вероятно, достаточно близко, чтобы не иметь значения в длительных поездках.

Стоимость за милю

Стоимость заправки топливных элементов Toyota Mirai или Honda Clarity Fuel Cell сжатым водородом превышает 50 долларов. С более крупной инфраструктурой и большим количеством автомобилей на дорогах, говорят компании, занимающиеся водородным топливом, стоимость снизится до уровня стоимости за милю бензина.

Эти цифры могли быть правдоподобными в будущем с бензином за 4 доллара. При ценах от 1 до 2 долларов за галлон в США сегодня они кажутся менее вероятными. Стоит отметить, что домашняя зарядка электромобиля в среднем стоит столько же, сколько бензиновый, если бы бензин продавался по 1 доллару за галлон.

Все это не имеет значения, если у электромобилей более высокие цены, чем у «обычных» автомобилей, как сегодня. Но в течение этого десятилетия они достигнут паритета. Тогда в игру могут вступить гораздо более низкие эксплуатационные расходы электромобилей — по крайней мере, для более умной половины пары, покупающей автомобили.Кому, кстати, может понравиться идея никогда больше не ходить на заправку?

Рейтинг автопроизводителей

Практически каждый автопроизводитель в мире планирует выпустить больше моделей и увеличить объемы электромобилей до 2020-х годов. Китайские производители вынуждены; европейцы хотят этого, потому что их регуляторы верят в науку; и даже у Detroit 2. 5 есть планы по созданию больших электрических грузовиков, которые, как они надеются, понравятся покупателям из США.

Но с водородом картина значительно разнообразнее.Volkswagen Group занимается электричеством и недавно зашла так далеко, что выпустила пресс-релиз, в котором объясняется, почему водород не является ее предпочтительным способом. Альянс Nissan-Renault-Mitsubishi первым представил Leaf EV 10 лет назад и не планирует выпускать массовые водородные автомобили, поскольку он готовится к запуску расширенного нового поколения электромобилей с аккумуляторной батареей в этом или следующем году. На данный момент у компании есть гораздо более серьезные проблемы, связанные с арестом ее бывшего генерального директора. Ни Ford, ни Fiat Chrysler не содержат ничего существенного в автомобилях на водородных топливных элементах.

Центр наследия GM

GM имеет большой опыт работы с водородными автомобилями, начиная с того Electrovan. В конце 2000-х он управлял крупнейшим парком водородных автомобилей в мире под эгидой Project Driveway, программы испытаний 100 кроссоверов Chevy Equinox, переоборудованных для работы на водороде. Его банкротство и реструктуризация заморозили эти усилия, а работа с водородом в настоящее время ограничивается военными и тяжелыми грузовыми автомобилями.

В Германии после выхода Dieselgate автогигант VW Group теперь полностью посвятил себя производству аккумуляторных электромобилей. В конце апреля Daimler внимательно посмотрел на свои планы дальнейшего развития и отменил все свои планы разработки водородных топливных элементов для легковых автомобилей.

Южнокорейский Hyundai-Kia делает все, что делает любой автопроизводитель, и у него есть один из трех специализированных автомобилей на водороде — внедорожник Hyundai Nexo. Это очень красивый автомобиль, выпускаемый очень небольшими объемами.

Honda

Японцы являются ведущими сторонниками водородного транспорта, и в первую очередь это самый прибыльный в мире производитель автомобилей. Toyota давно предвидела переход к более чистым автомобилям во главе с гибридно-электрическими силовыми агрегатами, пока автомобили на водородных топливных элементах не будут готовы к массовому выпуску в период с 2025 по 2040 год. И через 10 лет после появления современных электромобилей он останется полностью и внутренне противостоят им — строят их в Китае только потому, что этого требует правительство этой страны.

Honda почти так же предана своему делу и фактически предложила первый «серийный» водородный автомобиль еще в 2008 году в виде около 200 седанов Clarity FCX.Преемник этого автомобиля, флагманская модель Clarity Fuel Cell, также используется в качестве основы для малолитражного электромобиля с малым радиусом действия и более производимого подключаемого гибридного автомобиля. Honda только что объявила, что GM построит для нее два отдельных электромобиля, но, похоже, она по-прежнему привержена автомобилям на топливных элементах.

Электромобили понять несложно. Tesla и ее яростные фанаты превратили технологию в стильную, продав 1 миллион электромобилей. А электрическая «заправочная» инфраструктура в большей или меньшей степени уже существует.Так что же такого замечательного в водородных автомобилях?

В конце концов, судьба водородного автомобиля может стать — в глобальном масштабе — изюминкой, которую циники всегда использовали, услышав предсказание: «Водородные автомобили — это технология будущего».

«И так будет всегда».

Джон Фолькер редактировал Green Car Reports в течение девяти лет, опубликовав более 12 000 статей о гибридах, электромобилях и других транспортных средствах с низким и нулевым уровнем выбросов и об энергетической экосистеме вокруг них.Его работы публиковались в печати, в Интернете и на радио, в том числе Wired, Popular Science, Tech Review, IEEE Spectrum и NPR «Все учтено».

водородных автомобилей против электромобилей: что более экологично?

Опубликовано 2 мая 2019 г., ^nd

Водородные автомобили экологичнее электромобилей? Водородные автомобили — лучшая альтернатива мобильности будущего? Они не выделяют CO2 во время поездки — означает ли это, что они не загрязняют окружающую среду? Узнайте основные сведения об автомобилях с водородным двигателем и о том, как лучше всего защитить окружающую среду сегодня.

Как работает водород и электромобили

Автомобиль на водородном топливном элементе имеет водородный бак, который питает топливный элемент газообразным водородом под высоким давлением, который смешивается с кислородом. Эта смесь запускает электрохимическую реакцию, в результате которой вырабатывается электричество для питания электродвигателя. Это означает, что водородные автомобили имеют характеристики как электромобилей (из-за использования электроэнергии и двигателя), так и обычных бензиновых автомобилей (из-за бака). Однако они представляют собой уникальную долю транспортного рынка, и их также называют FCV (автомобили на топливных элементах) или FCEV (электромобили с полным аккумулятором).

Топливные элементы являются основным компонентом автомобилей, работающих на водороде. Думайте о них как о маэстро всех процессов, происходящих внутри автомобиля, так что у него есть энергия для движения. Короче говоря, топливные элементы превращают накопленный водород (смешивая его с кислородом) в электричество. Затем это электричество используется для питания электродвигателя, приводящего в движение транспортное средство, без каких-либо токсичных выбросов из выхлопной трубы. Фактически, единственным побочным продуктом всего процесса является вода и тепло в результате соединения атомов водорода и кислорода, образующего молекулы h30.Я знаю — кажется идеальным, правда?

С другой стороны, электромобили (EV) питаются от электродвигателей, которые потребляют ток от аккумуляторной батареи или других портативных источников электроэнергии. Когда они движутся, химической реакции тоже не происходит, только электрическая, благодаря ранее заряженным батареям. Но какой из них более экологичный и устойчивый? Электромобили или водородные автомобили? Прежде чем делать окончательные выводы, давайте сначала рассмотрим наиболее важные характеристики каждого типа транспортного средства.

Плюсы и минусы водородных и электромобилей

Водородные автомобили против электромобилей: дальность полета

Hyundai Nexo (с водородным двигателем) может проехать около 330 миль или 550 км, что примерно так же, как у электрической Tesla Model S, лучшей в своем роде. Тем не менее точно определить пробег этих автомобилей сложно. Это зависит от ряда показателей, таких как количество пассажиров, которые везет автомобиль, включен или выключен кондиционер, находится ли автомобиль на шоссе или застрял в пробке в центре города, от типа самого транспортного средства. … Вот почему разные люди сообщают о разном опыте из-за уникального сочетания всех этих переменных.Однако, поскольку водородные автомобили плотно упаковывают свои накопители энергии, они обычно могут преодолевать большие расстояния. Согласно AutomotiveTechnologies, большинство полностью электрических транспортных средств могут проехать от 100 до 200 миль без подзарядки, а водородные — до 300 миль.

Водородные автомобили против электромобилей: доступные электростанции / заправочные станции

Количество электростанций для электромобилей растет с каждым днем, и к декабрю 2018 года в Соединенных Штатах было 20000 электрических зарядных станций.По данным Министерства энергетики США, это большое число по сравнению с менее чем 45 заправочными станциями водородом в США, большинство из которых находится в Калифорнии. Действительно, инфраструктура, поставки и технологии водородных автомобилей все еще отстают от электромобилей.

Водородные автомобили против электромобилей: время зарядки / дозаправки

Время, необходимое для закачки водорода в бак, намного интереснее (от 5 до 10 минут, как у любой бензиновой машины), чем у электромобилей.В то время как быстрые зарядные устройства Tesla (мощностью 120 кВт) выдают 80% заряда аккумуляторов за полчаса, для полной зарядки BMW i3 или Nissan Leaf может потребоваться около 4 или 8 часов соответственно. В конце концов, время работы электромобилей, очевидно, зависит от зарядной станции и типа зарядного разъема. Но какой бы ни была комбинация, и даже с самым последним нагнетателем Tesla V3, который все еще проходит бета-тестирование в Сан-Франциско, это явная победа для водородного автомобиля — все потому, что 1 кг водорода хранит в 236 раз больше энергии, чем 1 кг лития. ионные батареи.

Настоящая проблема: получение водорода

Хотя водород — самый распространенный элемент во Вселенной, он не существует в чистом виде на Голубой планете. Это означает, что если мы хотим использовать его в качестве топлива для наших автомобилей, нам необходимо производить его из других соединений, таких как вода, природный газ или другие ископаемые виды топлива или биомасса. А для этого необходимо использовать энергию, а также учитывать экологические и экономические затраты.

С одной стороны, мы можем получить водород чистым способом, обратив вспять процесс электролиза воды.Проблема в том, что этот процесс разделения молекул h30 для получения водорода требует больших затрат энергии, что делает его очень дорогостоящим. Однако, если эта энергия может поступать из возобновляемых источников энергии, таких как солнце или ветер, чистый энергетический цикл может стать очень низким, и процесс станет более экологически чистым. Еще одна ситуация — это эффективность процесса, которая составляет всего 75% и учитывает 25% потерь электроэнергии.

Вот почему сегодня большая часть водородного топлива получается в процессе риформинга природного газа, который дешевле, чем электролиз.Обратной стороной является то, что в процессе образуются вредные побочные продукты, такие как двуокись углерода и окись углерода, что способствует глобальному потеплению. Более того, хотя они становятся все реже, утечки метана при добыче природного газа не редкость. И эти молекулы не только в 86 раз хуже, чем CO2, и на них приходится около 25% глобальных выбросов парниковых газов. Процесс добычи природного газа — гидроразрыв — обычно также оказывает значительное воздействие на окружающую среду и может нанести вред экосистемам, биоразнообразию, загрязнить воды и вызвать незначительные землетрясения.

Некоторые преимущества автомобилей с водородным двигателем

Автомобили с водородными топливными элементами вместо типичных литий-ионных аккумуляторов электромобилей предлагают привлекательное ценовое предложение, которое, кажется, решает проблему окончания жизненного цикла литиевых аккумуляторов. На данный момент это плюс, в то время как все еще существует некоторая неуверенность в отношении будущего этих батарей (от автомобилей, а также от солнечных панелей, мобильных телефонов и других), поскольку они больше не служат своей основной цели.Их трудно переработать, и в настоящее время разрабатываются проекты по их повторному использованию в качестве резервных генераторов в городских зданиях, таких как больницы.

Кроме того, вождение без каких-либо загрязняющих выбросов (как это могло бы произойти, если мы рассматриваем возобновляемые источники энергии, растущие во всем мире благодаря декарбонизации), плюс быстрая дозаправка за 5-10 минут по сравнению с лучшим сценарием 40 минут зарядки или максимальным Обычный сценарий зарядки электромобилей в течение 3-6 часов — это неоспоримая победа и для движения за водородную мобильность.

Некоторые исследования также показывают, что водородная экономика может снизить глобальные выбросы CO2eq на 0–27%. Этот потенциал может быть реализован, если 1) м утечки этана из природного газа относительно невелики, 2) крекинг метана используется для производства водорода, и 3) применяется водородный топливный элемент .

Электромобили против водородных автомобилей — что более экологично?

Несмотря на упомянутые выше преимущества, сегодня большая часть водорода (95% в США) производится в процессе риформинга метана.Это разрушает весь потенциал автомобилей с водородным двигателем как решения для борьбы с изменением климата из-за образования окиси углерода и двуокиси углерода. Кроме того, не очень убедительна необходимость использования природного газа (ископаемого топлива), который может улетучиваться на этапе добычи и транспортировки (по трубопроводам). Даже если процесс крекинга метана улучшится (а усилия не увенчаются успехом), это вряд ли будет долгосрочным решением.

Тем не менее, по мере развития технологий, возможно, процесс электролиза воды для получения водорода может быть улучшен и в дальнейшем использоваться по мере того, как процесс становится более эффективным.Потому что тот факт, что водородные автомобили означают использование энергии дважды (для производства водорода и последующего использования его в транспортных средствах), в то время как электромобили могут сразу использовать энергию из сети, является сильным аргументом в пользу электромобилей. Все потому, что после преобразования электричества в водород и обратно в электричество может потребоваться потеря энергии до 45% (включая сжатие ее в жидкость и ее хранение), что делает этот процесс не очень эффективным.

Однако, пока разрабатываются новые методы производства водорода, такие как протонообменная мембрана, эффективность которой, по мнению ученых, может достигать 86%, нам нужно подождать и посмотреть, что произойдет.Использование дополнительного источника энергии для производства водорода и создание какой-либо гибридной версии водородно-литий-ионных автомобилей также может быть чем-то, после того, как появятся новые исследования, выясняющие, более эффективно использовать этот избыток энергии в плотинах (без учета их других воздействий) или производство водорода. На сегодняшний день электромобили являются более доступным транспортным средством — по разным типам автомобилей и точкам зарядки. Они включают в себя более эффективные процессы по сравнению с автомобилями, работающими на водороде, и, если их литиевые батареи будут повторно использоваться для различных целей, они предпочитают оставаться более экологичным решением, по крайней мере, в течение следующих нескольких лет.

Изображение предоставлено водородному автомобилю на Shutterstock, водородному топливу на Shutterstock, трубопроводу природного газа на Shutterstock, электромобилю на Shutterstock и топливным элементам на Shutterstock

Водородные топливные элементы: есть ли будущее у водородных автомобилей?

Водород — самый распространенный элемент на планете, и его двигатели приводились в действие еще в 1807 году, поэтому он также является самым чистым видом топлива. Однако водород не получил широкого распространения в автомобильном мире.Многие производители экспериментировали с этой технологией, и, хотя некоторые из них взяли на себя обязательство производить автомобили с водородным двигателем в небольших количествах, массовое внедрение все еще выглядит далеким. Если это вообще когда-нибудь случится.

Между тем, продажи электромобилей продолжают расти, при этом за год до ноября 2020 года было продано на 162% больше электромобилей с аккумуляторными батареями по сравнению с тем же периодом 12 месяцев назад. И благодаря такому интересу производители могут позволить себе вкладывать деньги в электромобили вместо нишевых технологий, таких как водород.

Еще одна причина проблем с водородными автомобилями — это существующая инфраструктура. В Великобритании всего несколько водородных заправочных станций, которых недостаточно, чтобы водители могли работать с бензином и дизельным топливом.

Тем не менее, водород может быть частью автомобильной отрасли в ближайшие годы. Мы поехали в Суиндон — самопровозглашенную столицу водорода в Великобритании — чтобы узнать, как может выглядеть будущее водорода.

Первый аргумент скептиков против водородных транспортных средств состоит в том, что они менее эффективны, чем электромобили.Поскольку водород не встречается в природе, его нужно извлекать, а затем сжимать в топливных баках. Затем он должен смешаться с кислородом в батарее топливных элементов, чтобы произвести электричество для питания двигателей автомобиля. Циники указывают на потерю эффективности в этом процессе по сравнению с электромобилем, в котором электричество поступает прямо от аккумуляторной батареи.

В некоторой степени это правда, но не ожидается, что автомобили с водородным двигателем заменят электромобили. Вместо этого для таких производителей, как Toyota, водород будет дополнять электроэнергию, и для этого есть веская причина: это и будет самым чистым топливом из возможных.

«Каждый крупный производитель либо изучает автомобили на водородном топливе, либо работает над ними», — говорит Джон Хант, менеджер по маркетингу Toyota и руководитель отдела коммерциализации автомобилей на водородных топливных элементах.

«Производство литий-ионных аккумуляторов [для электромобилей] очень энергоемкое. Например, аккумулятор на 100 кВт / ч обеспечит потенциальную дальность действия 250 миль, и для производства этой батареи потребуется около 20 тонн CO2 », — говорит Хант.

«Типичного аккумулятора хватает на 150 000 миль, что соответствует примерно 83 г / км CO2.Затем, если учесть зарядку на том же расстоянии, тот же аккумуляторный автомобиль будет выделять 124 г / км CO2 в течение своего срока службы », — поясняет он.

Для сравнения: у современных водородных автомобилей выбросы в течение жизненного цикла не менее низки. Недавнее исследование показало, что водородный автомобиль, такой как Toyota Mirai, выделяет около 120 г / км CO2 в течение своего срока службы. Но это может быть значительно уменьшено, если водород производится из возобновляемых источников энергии.

Обычный метод производства водорода включает отделение его от природного газа (с использованием процесса, называемого паровым преобразованием метана), но ведутся работы по получению водорода из биомассы, что значительно снизит выбросы водорода в течение жизненного цикла до примерно 60 г / км. СО2.Это ниже уровня, которого могут достичь электромобили, даже если электричество получают из возобновляемых источников, из-за экологических затрат на производство аккумуляторов.

Для действительно экологичной мобильности водород — это топливо, которое нельзя игнорировать. Хант говорит, что это особенно применимо в секторе тяжелых грузов, где электрические грузовики ограничены емкостью аккумуляторной батареи и вынуждены подзаряжаться от электросети. И все же создание инфраструктуры для полной заправки водородом, с помощью которой газ производится и затем транспортируется на станции, потребует миллиардов фунтов и лет.В настоящее время в Великобритании действует менее 20 заправочных станций по сравнению с примерно 36 000 (и их количество растет) для зарядки электромобилей.

Ключ к поощрению водородных автомобилей — сделать их частью более широкой «водородной экономики» — строительство заправочных станций только для водородных автомобилей было бы неэффективным. Вместо этого, в идеале, весь энергетический сектор включал бы водород в смесь, от заправки автомобилей до хранения энергии для дома.

И это можно запустить локально.Одно из преимуществ водорода заключается в том, что его можно производить на месте, а не транспортировать, как топливо, или поставлять через сеть, как электричество. «Вместо того, чтобы иметь общенациональный проект, водород можно начать с местных водородных хабов и постепенно отказываться от него», — говорит Клэр Джексон, менеджер Hydrogen Hub из Суиндона, организации, продвигающей водородную экономику.

Итак, мы оказались на территории парка Лидия в Суиндоне, чтобы понять, как муниципальные советы могут начать свою собственную водородную экономику.В городе Уилтшир в 2011 году в представительстве Honda открылась первая в Великобритании водородная станция, полностью работающая на возобновляемых источниках энергии. Станция способна производить водород в промышленных масштабах с использованием солнечной энергии, не полагаясь на энергосистему Великобритании.

Сейчас по улицам Суиндона ежедневно курсируют шесть автомобилей с водородным двигателем. Это стало возможным благодаря таким лизинговым фирмам, как Arval, которая решила перейти на водород и включила автомобили в свой парк. В настоящее время автомобили сдают в аренду таким организациям, как Science Museum Group и National Trust, в то время как Совет Суиндона установил вторую водородную станцию ​​и, возможно, еще больше в пути, потому что Arval планирует иметь 170 водородных автомобилей в городе к 2020 году.

Но локализованный подход никогда не приведет к общенациональному распространению. Toyota, Daimler и BMW возглавляют группу из 13 компаний по всему миру, инвестируя 10 миллиардов долларов в течение следующего десятилетия в развитие водородных технологий и инфраструктуры.

Государственные инвестиции также должны сыграть свою роль. «Сегодня в Великобритании около 1 ТВт энергии производится из возобновляемых источников, но не используется», — говорит Хант. «Это лишнее поколение, которое можно сохранить. Это может произвести около 18 000 тонн водорода — этого достаточно, чтобы привести в действие 90 000 автомобилей на расстояние 12 000 миль.Хант говорит, что инвестиции, необходимые для завода по переработке и распределению водорода, меньше, чем сумма, которую страна тратит на ядерную энергетику, и это было бы чище.

Германия построит 400 станций к 2023 году, что побудило Ханта предупредить: «UK PLC не может позволить себе упустить водород; поскольку другие страны развивают свою инфраструктуру, Великобритания не может позволить себе отставать ».

Но даже при наличии водородной инфраструктуры, будь то местная или общенациональная, водородные автомобили по-прежнему сталкиваются с проблемой затрат.Розничная цена Toyota Mirai превышает 65 000 фунтов стерлингов, и она больше не имеет права на получение государственного гранта в размере 3 000 фунтов стерлингов. За любую машину приходится платить немало, но вопрос цены можно решить двумя способами.

Первый принадлежит Toyota. Джон Хант говорит, что все автомобили компании основаны на модульной платформе, и поменять их с гибридной на водородную структуру несложно. «[Гибридная] трансмиссия полностью переносима. Таким образом, внедрение топливных элементов — это просто замена бензиновой трансмиссии.Toyota планирует к 2020 году построить 30 000 автомобилей на водородных топливных элементах ».

Другой вариант — более радикальное переосмысление. «Все низкоуглеродные автомобили требуют надбавки на рынке, но покупатели не обязательно готовы платить эту надбавку за повышение эффективности. Поэтому нам нужна другая бизнес-модель, — говорит Хьюго Спауэрс, основатель экологической автомобильной компании Riversimple.

Вместо того, чтобы продавать свой двухместный автомобиль Rasa, Riversimple намеревается продать своим клиентам «услугу»: они никогда не будут владеть автомобилем, но примерно за 370 фунтов стерлингов в месяц у них будет доступ к определенному пробегу водородного двигателя. , с покрытием топлива, страховки и всех других расходов.

Спауэрс добавил: «Это позволяет нам конкурировать с обычными автомобилями достаточно долго, пока не снизятся затраты на цепочку поставок. Мы считаем, что это фундаментальный барьер на пути к широкому распространению технологий ».

По-прежнему существует много «если» по поводу водорода, но сегодня их гораздо меньше, чем десять лет назад.

Вы бы когда-нибудь думали о водородном автомобиле? Сообщите нам об этом ниже и ознакомьтесь с новой Toyota Mirai …

В водороде есть что понравиться, если вы его найдете

Иллюстрация Хорхе Куадаля CalleCar and Driver

Из майского номера журнала Car and Driver за 2021 год.

В апреле 2004 года город Сан-Франциско приобрел два автомобиля Honda FCX с водородными топливными элементами. Мэр Гэвин Ньюсом провел пресс-конференцию, и, чтобы продемонстрировать, насколько чистыми будут выбросы транспортных средств, он собрал конденсат из выхлопной трубы в бумажный стаканчик и сделал глоток. «Вы буквально смотрите в будущее», — сказал он.

Прошлой осенью Ньюсом, ныне губернатор Калифорнии, подписал исполнительное постановление, требующее, чтобы все новые автомобили и малотоннажные грузовики, продаваемые в штате, были с нулевым уровнем выбросов, начиная с 2035 года, его амбиции подкреплялись растущим списком электромобилей и растущим спросом. .Если вы хотите заняться электричеством, Golden State — прекрасное место. По данным Калифорнийской энергетической комиссии (CEC), по всему штату насчитывается более 70 000 общественных и общих частных розеток для зарядки автомобилей. Tesla Model 3 была самым продаваемым автомобилем в штате в первом квартале 2020 года, что свидетельствует о том, что калифорнийцы стремятся к более экологически чистым автомобилям. Это делает его отличным испытательным рынком для водородных автомобилей, которые должны решить проблемы с пробегом и зарядкой современных электромобилей, неся больше энергии и быстрее заправляя топливо.

Тем не менее, даже в Калифорнии будущее водорода туманно. В 2015 году, когда Toyota представила в США седан Mirai на водородных топливных элементах, автопроизводитель стал называть клиентов первопроходцами. Однако проблема с прокладыванием тропы в том, что вы не всегда знаете, во что ввязываетесь. Сделок и стимулов предостаточно, но если вы управляете любым из более чем 9000 электромобилей на топливных элементах (FCEV), которые называют Калифорнию своим домом, вам лучше хорошо разбираться в логистике. В штате, который охватывает более 163000 квадратных миль, в настоящее время существует всего 45 водородных станций, и у них не всегда достаточно топлива для всех, кто в нем нуждается.

Спустя почти 17 лет после того, как Ньюсом сделал глоток завтрашнего дня, клиенты FCEV обнаруживают, что трудно заправить и почти невозможно разгрузить свои машины, когда наступает реальность. «Волнение от того, что быть первопроходцем, давно исчезло, — говорит Патрик Перес, водитель Mirai в районе Лос-Анджелеса. В Facebook группа Mirai, в которой Перес участвует в схватке между восторженным и подавленным. Некоторые члены превозносят почти святые добродетели вождения автомобиля без выбросов и спасения земли; другие считают минуты до окончания срока аренды Mirai.«Автомобиль делает то, что должен, — говорит Перес. «Проблемы возникают только из-за водородной инфраструктуры».

Безусловно, наиболее серьезной проблемой является наличие топлива, поскольку владельцы FCEV не могут рассчитывать на то, что станции действительно будут иметь водород. Чтобы смягчить проблему, владелец Mirai Дуг Думитру создал h3-CA.com, веб-сайт, на котором люди могут легко «узнать, будет ли на станции водород, когда они туда доберутся», — говорит он. Сайт, который каждые 60 секунд получает информацию от California Fuel Cell Partnership, получает около 2000 посещений в день, когда не хватает водорода.

Никогда не видели Мирай в дикой природе? Для этого есть причина. С момента дебюта автомобиля в 2015 году Toyota продала в США менее 7000 таких автомобилей. Прошлый год был худшим полным годом для продаж — 499 автомобилей, что на 73 процента ниже максимума, установленного в 2017 году.

Эта проблема началась в июне 2019 года, когда загорелся завод по производству водорода в Санта-Кларе, что привело к перебоям в снабжении в районе залива и Южной Калифорнии. Совсем недавно из-за сильного замораживания в Техасе, откуда поступает много водорода, многие станции в Калифорнии остались без дела.У FirstElement 23 из них на Западном побережье. Из-за того, что в Техасе были перекрыты дороги для грузовиков, утром 23 февраля только шесть его станций продемонстрировали пропускную способность более 25%, которая, вероятно, сократилась из-за того, что на них обрушились автомобили с водородным голодом.

Топливо тоже дорогое: отчет Калифорнийского совета по воздушным ресурсам и ЦИК показал, что в 2019 году средняя цена за килограмм водорода составляла 16,51 доллара. Судя по нескольким телефонным станциям, по которым мы звонили, тариф не сильно изменился. Чтобы представить это в перспективе, рассмотрим базовую модель Hyundai Nexo.Он может вмещать 6,3 килограмма водорода и, по методологии EPA, видит 60 миль на килограмм. Это означает, что владелец Nexo может проехать около 380 миль без необходимости заправлять бак, что стоит около 100 долларов.

Учитывая, что Hyundai Tucson (который стоит от 24 885 долларов) будет стоить еще меньше, чем вдвое меньше, вы можете задаться вопросом, почему кто-то выбрал бы FCEV. Но большинство владельцев топливных элементов не платят за бензин: Toyota, Honda и Hyundai выдают топливную карту на 15000 долларов, действующую на 36 месяцев при каждой покупке или аренде.

Это лишь одна из мер, которые производители делают для привлечения покупателей. Приобретая Nexo за 60 120 долларов, Hyundai также предлагает техническое обслуживание в течение трех лет или 36 000 миль, 10-летнюю / 100 000-мильную гарантию на аккумулятор и бесплатную аренду автомобиля одну неделю в год, на случай, если вам действительно нужно поехать куда-нибудь на улицу. район заправочной станции водородом, или вам просто хочется немного загрязнить окружающую среду. Вдобавок ко всему, покупатели FCEV могут ездить в одиночку по полосам HOV, получить 4500 долларов (или 7000 долларов, если они находятся в группе с низким доходом) от Калифорнийского проекта скидок на чистые транспортные средства и воспользоваться федеральной налоговой скидкой в ​​размере до 8000 долларов. .Но, учитывая нехватку топлива, осмотрительные покупатели будут основывать свое решение о покупке FCEV на том, живут ли они поблизости от нескольких надежных заправочных станций, что в значительной степени ограничивает их Лос-Анджелес или Район залива. Однако не все задумываются об этом перед тем, как подписать документы.

Вот где Кирк Нейсон сделал свою ошибку. В 2018 году отставной инженер Microsoft доставил Mirai для своей дочери, которая везла ее туда и сюда по межштатной автомагистрали 605. Нет водородных станций за пределами регулярно загруженной автострады, но некоторые из них должны были открыться; пока они это не сделали, Насон решил, что она может пополнить «Мирай» где-нибудь поблизости.По крайней мере, однажды ей пришлось буксировать его после того, как закончилось топливо, когда она искала еще. Никаких скачков батарейки, никаких пятигаллонных канистр с бензином от AAA. Когда тебя нет, значит, тебя нет.

Это стало уже слишком, говорит Насон, и его дочь купила внедорожник с бензиновым двигателем. Ее Мираи поселилась в его гараже, ожидая окончания аренды за 543 доллара в месяц в июне, чтобы он мог вернуть его Toyota. «Мне не терпится выбраться из этого кошмара», — говорит Нейсон. Он попытался вернуть его пораньше, и ни Toyota, ни его представительства не заинтересованы.

Это не удивительно. Подержанный Mirai ужасающе дешев: новый автомобиль, стоимость которого в 2018 году стоил около 60 000 долларов (цена на 2021 год начинается с 50 495 долларов), теперь продается примерно за 15 000 долларов, а многие из них доступны по более низкой цене. Мы нашли приличный Mirai 2017 года за 8500 долларов. Сертифицированные подержанные автомобили в дилерских центрах Toyota стоят немного дороже, но есть причина: купите один, и вы получите топливную карту на 15 000 долларов. Если у вас есть Mirai и вы пытаетесь продать его самостоятельно, это то, с чем вы столкнетесь. Даже если на вашей топливной карте остались деньги и время, это плохо.«Он не подлежит передаче, поэтому неиспользованная часть не перейдет к новому владельцу», — говорит Пол Хогард, старший аналитик Toyota.

Хогард признает нехватку водорода в Калифорнии, говоря, что Toyota следит за ситуацией, но не производит и не распределяет топливо. Он говорит, что компания работает «от случая к случаю», чтобы клиенты оставались «мобильными», одновременно пытаясь улучшить инфраструктуру.

Джек Брауэр, профессор механической и аэрокосмической техники и заместитель директора Национального исследовательского центра топливных элементов Калифорнийского университета в Ирвине, говорит, что «очень жаль, что инфраструктуры недостаточно для многих людей», которые водят автомобиль. автомобили на водороде.Конечно, говорит он, она не росла так быстро, как инфраструктура зарядки электромобилей, на эти станции было потрачено «гораздо больше миллионов». В декабре Калифорния пообещала 115 миллионов долларов, чтобы добавить еще 111 водородных заправочных станций к 2027 году. «Я бы сказал, что это слишком медленно, но это происходит», — говорит Брауэр.

В настоящее время Брауэр отдает предпочтение подключаемым к электросети электромобилям, ссылаясь на объем инфраструктуры подзарядки и усовершенствования в технологии аккумуляторов. Но он утверждает, что любое будущее без углеводородов должно включать водород.Одна причина: он работает намного лучше, чем аккумуляторная батарея для тяжелых транспортных средств, потому что плотность энергии водорода намного выше, чем у аккумулятора, а заправка происходит значительно быстрее, чем зарядка аккумулятора. Брауэр также с нетерпением ожидает того дня, когда Калифорния будет насыщена автомобилями с нулевым уровнем загрязнения окружающей среды. Представьте, говорит он, многоэтажку, где почти у каждого жителя есть электромобиль; зарядка должна быть распространена на каждое парковочное место, а электрическая сеть должна быть переоборудована, чтобы справиться со стоком.

«Но если бы на углу была водородная станция», — говорит он, — это могло бы существенно снизить потребление электроэнергии и необходимость радикального обновления электрической инфраструктуры. Брауэр предсказывает, что так или иначе будущее автомобильной промышленности будет включать в себя гораздо больше автомобилей FCEV, чем в настоящее время находится на дорогах Калифорнии (или находится в гаражах Калифорнии).