Водород для автомобиля: Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы — Шины для спецтехники, шины для погрузчика

Содержание

Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы

Автомобили с водородными двигателями называют главными конкурентами электрокаров. Но у технологии пока что немало минусов, и, например, основатель Tesla Илон Маск называет ее «тупой и бесполезной». Прав он или нет?

С 2018 года в ЕС действует запрет на дизельные автомобили новейшего поколения в населенных пунктах [1]. Это стало поворотным моментом в развитии рынка электрокаров, а также — гибридных и водородных двигателей.

Великобритания еще в 2017-м высказывалась за полный запрет бензиновых авто к 2040 году. Тогда же, если верить исследованию Bloomberg New Energy Finance [2], на электрокары будет приходиться 35% от всех продаж автомобилей. Уже к 2030 году Jaguar и Land Rover планируют довести число электрокаров в своих линейках до 100% [3]. Часть из них тоже работает на водороде.

История развития рынка водородных двигателей

Первый двигатель, работающий на водороде, придумал в 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз [4]. Он получал водород при помощи электролиза воды.

Первый патент на водородный двигатель выдали в Великобритании в 1841 году [5]. В 1852 году в Германии построили двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который работал на воздушно-водородной смеси. Еще через 11 лет французский изобретатель Этьен Ленуар сконструировал гиппомобиль [6], первые версии которого работали на водороде.

В 1933 году норвежская нефтегазовая и металлургическая компания Norsk Hydro Power переоборудовала [7] один из своих небольших грузовиков для работы на водороде. Химический элемент выделялся за счет риформинга аммиака и поступал в ДВС.

В Ленинграде в период блокады на воздушно-водородной смеси работали около 600 аэростатов. Такое решение предложил военный техник Борис Шепелиц, чтобы решить проблему нехватки бензина. Он же переоборудовал 200 грузовиков ГАЗ-АА для работы на водороде.

Первый транспорт на водороде выпустила в 1959 году американская компания Allis-Chalmers Manufacturing Company — это был трактор [8].

Первым автомобилем на водородных топливных элементах стал Electrovan от General Motors 1966 года. Он был оборудован резервуарами для хранения водорода и мог проехать до 193 км на одном заряде. Однако это был единичный демонстрационный экземпляр, который передвигался только по территории завода.

В 1979-м появился первый автомобиль BMW с водородным двигателем. Толчком к его созданию послужили нефтяные кризисы 1970-х, и по их окончании об идее альтернативных двигателей забыли вплоть до 2000-х годов.

В 2007 году та же BMW выпустила ограниченную серию автомобилей Hydrogen 7, которые могли работать как на бензине, так и на водороде. Но машина была недешевой, при этом 8-килограммового баллона с газом хватало всего на 200-250 км.

Первой серийной моделью автомобиля с водородным двигателем стала Toyota Mirai, выпущенная в 2014 году. Сегодня такие модели есть в линейках многих крупных автопроизводителей: Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford и других.

Toyota Mirai 2016 года выпуска

Как работает водородный двигатель?

На специальных заправках топливный бак заправляют сжатым водородом. Он поступает в топливный элемент, где есть мембрана, которая разделяет собой камеры с анодом и катодом. В первую поступает водород, а во вторую — кислород из воздухозаборника.

Каждый из электродов мембраны покрывают слоем катализатора (чаще всего — платиной), в результате чего водород начинает терять электроны — отрицательно заряженные частицы. В это время через мембрану к катоду проходят протоны — положительно заряженные частицы. Они соединяются с электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество.

Схема работы водородного двигателя

По сути, это — тот же электромобиль, только с другим аккумулятором. Емкость водородного аккумулятора в десять раз больше емкости литий-ионного. Баллон с 5 кг водорода заправляется около 3 минут, его хватает до 500 км.

Как работает водородный двигатель внутри Toyota Mirai

Где применяют водородное топливо?

В автомобилях с водородными и гибридными двигателями. Такие уже выпускают Toyota, Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan, Daimler;
В поездах. Первый такой был выпущен в Германии компанией Alstom и ходит по маршруту Букстехуде — Куксхафен;
В автобусах: например, в городских низкопольных автобусах марки MAN.
В самолетах. Первый беспилотник на водороде выпустила компания Boeing, внутри — водородный двигатель Ford;
На водном транспорте. Siemens выпускает подводные лодки на водороде, а в Исландии планируют перевести на водородное топливо все рыболовецкие суда;
Во вспомогательном транспорте. Водород используют в электрокарах для гольфа, складских погрузчиках, сервисных автомобилях логистических компаний и аэропортов;
В энергетике. Электростанции мощностью от 1 до 5 кВт, работающие на водороде, могут обеспечивать теплом и энергией небольшие города и отдельные здания. Например, после аварии на Фукусиме в 2018 году Япония активнее начала переходить на водородную энергетику [9], планируя перевести на водород 1,4 млн электрогенераторов;

В смесях с обычным топливом. Например, с дизельным или газовым — чтобы удешевить производство.

Плюсы водородного двигателя

Экологичность при использовании. Водородный транспорт не выбрасывает в атмосферу диоксид углерода;
Высокий КПД. У двигателя внутреннего сгорания (ДВС) он составляет около 35%, а у водородного — от 45%. Водородный автомобиль сможет проехать на 1 кг водорода в 2,5-3 раза больше, чем на эквивалентном ему по энергоемкости и объему галлоне (3,8 л) бензина;
Бесшумная работа двигателя;
Более быстрая заправка — особенно в сравнении с электрокарами;
Сокращение зависимости от углеводородов. Водородным двигателям не нужна нефть, запасы которой не бесконечны и к тому же сосредоточены в нескольких странах. Это позволяет нефтяным государствам диктовать цены на рынке, что невыгодно для развитых экономик.

Минусы водородного двигателя

Высокая стоимость. Галлон бензина в США стоит около $3,1 [10], а эквивалентный ему 1 кг водорода — $8,6. Водородные батареи содержат платину — один из самых дорогих металлов в мире. Дополнительные меры безопасности также делают двигатель дорогим: в частности, специальные системы хранения и баки из углепластика, чтобы избежать взрыва.
Проблемы с инфраструктурой. Для заправки водородом нужны специальные станции, которые стоят дороже, чем обычные.
Не самое экологичное производство. До 95% сырья для водородного топлива получают из ископаемых [11]. Кроме того, при создании топлива используют паровой риформинг метана, для которого нужны углеводороды. Так что и здесь возникает зависимость от природных ресурсов.

Высокий риск. Для использования в двигателях водород сжимают в 850 раз [12], из-за чего давление газа достигает 700 атмосфер. В сочетании с высокой температурой это повышает риск самовоспламенения.

Водород обладает высокой летучестью, проникает даже в небольшие щели и легко воспламеняется. Если он заполнит собой весь капот и салон автомобиля, малейшая искра вызовет пожар или взрыв. Так, в июне 2019 года утечка водорода привела к взрыву на заправке в Норвегии. Сила ударной волны была сопоставима с землетрясением в радиусе 28 км. После этого случая водородные АЗС в Норвегии запретили

Водород для топлива можно получать разными способами. В зависимости от того, насколько они безвредны, итоговый продукт называют [13] «желтым» или «зеленым». Желтый водород — тот, для которого нужна атомная энергия. Зеленый — тот, для которого используют возобновляемые ресурсы. Именно на этот водород делают ставку международные организации.

Самый безвредный способ — электролиз, то есть, извлечение водорода из воды при помощи электрического тока. Пока что он не такой выгодный, как остальные (например, паровая конверсия метана и природного газа). Но проблему можно решить, если сделать цепочку замкнутой — пускать электричество, которое выделяется в водородных топливных элементах для получения нового водорода.

Водородный транспорт в России

В России в 2014 году появился свой производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компания специализируется на аккумуляторных системах для дронов, в том числе военных. Именно ее топливные ячейки использовали для беспилотников, которые снимали Олимпиаду-2014 в Сочи.

В 2019 году Россия подписала Парижское соглашение по климату, которое подразумевает постепенный переход стран на экологичные виды топлива.

Чуть позже «Газпром» и «Росатом» подготовили совместную программу развития водородной технологии на десять лет.

Главный фактор, который может обеспечить России преимущество на рынке водорода — это богатые запасы пресной воды [14] за счет внутренних водоемов, тающих ледников Арктики и снегов Сибири. Вблизи последних уже есть добывающая инфраструктура от «Роснефти», «Газпрома» и «Новатэка».

В конце 2020 года власти Санкт-Петербурга анонсировали [15] запуск каршеринга на водородном топливе совместно с Hyundai. В случае успеха проект расширят и на другие крупные города России.

Перспективы технологии

Вокруг водородных двигателей немало противоречивых заявлений. Одни безоговорочно верят в их будущее — например, Арнольд Шварценеггер еще в 2004 году, будучи губернатором Калифорнии, обещал [16], что к 2010 году весь его штат будет покрыт «водородными шоссе». Но этого так и не произошло. В этом отчасти виноват глобальный экономический кризис: автопроизводителям пришлось выживать в тяжелейших финансовых условиях, а подобные технологии требуют больших и долгосрочных вложений.

Другие, напротив, критикуют технологию за ее очевидные недостатки. Так, основатель Tesla Илон Маск назвал водородные двигатели «ошеломляюще тупой технологией» [17], которая по эффективности заметно уступает электрическим аккумуляторам. Отчасти он прав: сегодня водородным автомобилям приходится конкурировать с электрокарами, гибридами, транспортом на сжатом воздухе и жидком азоте. И пока что до лидерства им очень далеко.

Однако вся разница — в обслуживании: Toyota Mirai вмещает 5 кг водородного топлива [19] по цене $8-9 за кг. Таким образом, полный бак обойдется в $45, и его хватит на 500 км — получаем около $9 за 100 км пробега. Для Tesla Model S те же 100 км обойдутся всего в $3.

Но у водородного топлива есть существенное преимущество перед электрическими аккумуляторами — долговечность. Если аккумулятора в электрокаре хватает на три-пять лет, то водородной топливной ячейки — уже на восемь-десять лет. При этом водородные аккумуляторы лучше приспособлены для сурового климата: не теряют заряд на морозе, как это происходит с электрокарами.

Есть еще одна перспективная сфера применения водородного топлива — стационарное резервное питание: ячейки с водородом могут снабжать энергией сотовые вышки и другие небольшие сооружения. Их можно приспособить даже для энергоснабжения небольших автономных пунктов вроде полярных станций. В этом случае можно раз в год наполнять газгольдер, экономя на обслуживании и транспорте.

Основной упрек критиков — дороговизна водородного топлива и логистики. Однако Международное энергетическое агентство прогнозирует, что цена водорода к 2030 году упадет минимум на 30% [20]. Это сделает водородное топливо сопоставимым по цене с другими видами [21].

Если вспомнить, как развивался рынок электрокаров, то его росту способствовали три главных фактора:

Лобби со стороны развитых государств: в США [22], ЕС [23], Японии [24], России [25] и других странах приняты законы в поддержку экологичного транспорта.
Удешевление аккумуляторов: согласно исследованию Bloomberg New Energy Finance, за последние десять лет цены на литий-ионные аккумуляторы упали с $1200 до $137 за кВт·ч.
Развитие инфраструктуры: специальные электрозарядные станции и зарядки в крупных бизнес-центрах, на парковках ТЦ и аэропортов.

Водородные двигатели ждет примерно тот же сценарий. В Toyota видят главные перспективы [26] для водородных двигателей в компактных автомобилях, а также в среднем и премиум-классе. Пока что производство не вышло на тот уровень, чтобы бюджетные модели работали на водороде и оставались рентабельными. Современные водородные машины стоят вдвое дороже обычных [27] и на 20% больше, чем гибридные.

Согласно прогнозу Markets&Markets [28], к 2022 году объем мирового производства водорода вырастет со $115 до $154 млрд. Остается главный вопрос: как быть с инфраструктурой? Чтобы водородные двигатели стали массовыми, нужны сети заправок, трубопроводы для топлива, отлаженные логистические цепочки. Все это пока только зарождается. Но и тут есть позитивные сдвиги: например, канадская Ballard Power по заказу китайского Министерства транспорта запустила пилотный проект, в рамках которого водородное топливо можно будет заливать в обычные АЗС.

Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы

История развития рынка водородных двигателей

Toyota Mirai 2016 года выпуска

Как работает водородный двигатель?

Схема работы водородного двигателя

Как работает водородный двигатель внутри Toyota Mirai

Где применяют водородное топливо?

В автомобилях с водородными и гибридными двигателями. Такие уже выпускают Toyota, Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan, Daimler;
В поездах. Первый такой был выпущен в Германии компанией Alstom и ходит по маршруту Букстехуде — Куксхафен;
В автобусах: например, в городских низкопольных автобусах марки MAN.
В самолетах. Первый беспилотник на водороде выпустила компания Boeing, внутри — водородный двигатель Ford;
На водном транспорте. Siemens выпускает подводные лодки на водороде, а в Исландии планируют перевести на водородное топливо все рыболовецкие суда;
Во вспомогательном транспорте. Водород используют в электрокарах для гольфа, складских погрузчиках, сервисных автомобилях логистических компаний и аэропортов;

В энергетике. Электростанции мощностью от 1 до 5 кВт, работающие на водороде, могут обеспечивать теплом и энергией небольшие города и отдельные здания. Например, после аварии на Фукусиме в 2018 году Япония активнее начала переходить на водородную энергетику [9], планируя перевести на водород 1,4 млн электрогенераторов;
В смесях с обычным топливом. Например, с дизельным или газовым — чтобы удешевить производство.

Плюсы водородного двигателя

Экологичность при использовании. Водородный транспорт не выбрасывает в атмосферу диоксид углерода;
Высокий КПД. У двигателя внутреннего сгорания (ДВС) он составляет около 35%, а у водородного — от 45%. Водородный автомобиль сможет проехать на 1 кг водорода в 2,5-3 раза больше, чем на эквивалентном ему по энергоемкости и объему галлоне (3,8 л) бензина;

Бесшумная работа двигателя;
Более быстрая заправка — особенно в сравнении с электрокарами;
Сокращение зависимости от углеводородов. Водородным двигателям не нужна нефть, запасы которой не бесконечны и к тому же сосредоточены в нескольких странах. Это позволяет нефтяным государствам диктовать цены на рынке, что невыгодно для развитых экономик.

Минусы водородного двигателя

Высокая стоимость. Галлон бензина в США стоит около $3,1 [10], а эквивалентный ему 1 кг водорода — $8,6. Водородные батареи содержат платину — один из самых дорогих металлов в мире. Дополнительные меры безопасности также делают двигатель дорогим: в частности, специальные системы хранения и баки из углепластика, чтобы избежать взрыва.
Проблемы с инфраструктурой. Для заправки водородом нужны специальные станции, которые стоят дороже, чем обычные.
Не самое экологичное производство. До 95% сырья для водородного топлива получают из ископаемых [11]. Кроме того, при создании топлива используют паровой риформинг метана, для которого нужны углеводороды. Так что и здесь возникает зависимость от природных ресурсов.
Высокий риск. Для использования в двигателях водород сжимают в 850 раз [12], из-за чего давление газа достигает 700 атмосфер. В сочетании с высокой температурой это повышает риск самовоспламенения.

Водородный транспорт в России

Перспективы технологии

С одной стороны, в Европе Toyota Mirai II стоит несколько дешевле, чем Tesla Model S (€64 тыс. против €77 тыс.) [18]. Полная зарядка водородного автомобиля занимает около 3 минут — против 30-75 минут для электрокара. Однако вся разница — в обслуживании: Toyota Mirai вмещает 5 кг водородного топлива [19] по цене $8-9 за кг. Таким образом, полный бак обойдется в $45, и его хватит на 500 км — получаем около $9 за 100 км пробега. Для Tesla Model S те же 100 км обойдутся всего в $3.

Если вспомнить, как развивался рынок электрокаров, то его росту способствовали три главных фактора:

Лобби со стороны развитых государств: в США [22], ЕС [23], Японии [24], России [25] и других странах приняты законы в поддержку экологичного транспорта.
Удешевление аккумуляторов: согласно исследованию Bloomberg New Energy Finance, за последние десять лет цены на литий-ионные аккумуляторы упали с $1200 до $137 за кВт·ч.
Развитие инфраструктуры: специальные электрозарядные станции и зарядки в крупных бизнес-центрах, на парковках ТЦ и аэропортов.

Электромобили на водородных топливных элементах

Электромобили на топливных элементах питаются от самого распространенного элемента во Вселенной: водорода. Хотя автомобиль на топливных элементах работает на электричестве, он работает иначе, чем автомобили с аккумуляторным питанием или гибридные автомобили с подключаемым модулем. В топливном элементе водород вступает в электрохимическую реакцию, производя электричество для питания автомобиля.

Как они работают

Автомобили на топливных элементах работают на сжатом газообразном водороде, который подается в бортовой «стек» топливных элементов, который не сжигает газ, а вместо этого преобразует химическую энергию топлива в электрическую энергию. Затем это электричество питает электродвигатели автомобиля. Выбросы выхлопных газов равны нулю, а единственными отходами является чистая вода.

Конструкция топливного элемента аналогична батарее. Водород поступает на анод, где контактирует с катализатором, способствующим разделению атомов водорода на электрон и протон. Электроны собираются токопроводящим коллектором, который подключен к высоковольтной схеме автомобиля, питая бортовую батарею и/или двигатели, вращающие колеса.

Блок топливных элементов — Совокупность многочисленных топливных элементов, которые объединяют кислород и водород для выработки электроэнергии и питания электродвигателя

Топливный бак – Газообразный водород хранится в баках, армированных углеродным волокном, для подачи топлива в блок топливных элементов

Электродвигатель — приводит автомобиль в движение за счет энергии, вырабатываемой блоком топливных элементов

Аккумулятор – Захватывает энергию от рекуперативного торможения и обеспечивает дополнительную мощность для электродвигателя

Выхлоп – Побочным продуктом реакции, происходящей в блоке топливных элементов, является водяной пар, который выбрасывается через выхлоп

Производительность

Автомобили на водородных топливных элементах бесшумны, очень энергоэффективны, не производят вредных выбросов и имеют такой же запас хода и характеристики, что и бензиновые аналоги. Водители считают запас хода, время дозаправки, выбросы, мощность и производительность ценными характеристиками автомобиля.

Поощрения

Автомобили на топливных элементах имеют право на скидку в размере 4500 долларов США (7500 долларов США для покупателей, имеющих право на получение дохода) от Калифорнийского проекта скидок на чистые транспортные средства. Они также имеют право на наклейку Clean Air Vehicle для вождения в одиночку по полосам для автомобилей, а также на различные программы поддержки владения чистым транспортом в малообеспеченных и неблагополучных сообществах. Проверьте другие поощрения в вашем регионе.

Дополнительные ресурсы

Калифорнийские водородные инициативы
Получите последние нормативные обновления по водородной инфраструктуре от Калифорнийского совета по воздушным ресурсам (CARB).

Партнерство по водородным топливным элементам (HFCP)
Сотрудничество между промышленностью и правительством, направленное на расширение рынка электромобилей на топливных элементах, работающих на водороде.

Министерство энергетики США – Транспортные средства на топливных элементах
Веб-сайт федерального правительства, на котором представлен обзор технологии топливных элементов и сравнение доступных моделей.

Калифорнийский совет по водородному бизнесу (CHBC)
Группа по защите интересов, состоящая из более чем 100 компаний и агентств, работающих над продвижением коммерциализации производства водорода и топливных элементов.

Электромобили для всех автомобилей на топливных элементах
Полный список моделей электромобилей на топливных элементах, доступных в настоящее время в Калифорнии, включая льготы.

Все, что вам нужно знать

Сейчас на дорогах США всего около 15 000 автомобилей с водородным двигателем, и все они находятся в Калифорнии. Между тем, количество электромобилей исчисляется миллионами.
В то время как электромобили привлекают внимание, а крупные производители сосредоточены на том, чтобы сделать их доминирующими к 2030 году, водородные автомобили пока остаются на заднем плане.
Вот что вам нужно знать о том, что такое водородные автомобили, как они работают и насколько вероятно, что вы когда-нибудь будете водить их.

В последнее время вы, вероятно, много слышали об электромобилях, а также новости о законодательстве по сокращению выбросов углекислого газа от автомобилей. Но есть еще один тип автомобиля с нулевым уровнем выбросов, который выделяет только водяной пар, когда везет вас по дороге. Это транспортное средство на водородных топливных элементах, похожее на электромобиль, но со специфическими отличиями, которые делают водородные автомобили особенными и гораздо более редкими.

На сегодняшний день в США было продано около 2,5 миллионов электромобилей. Напротив, по состоянию на середину 2022 года на дорогах США можно найти 15 000 или меньше автомобилей с водородным двигателем. Все они будут в Калифорнии, единственном штате с сетью розничных водородных заправочных станций, чтобы автомобили можно было использовать. 100016

Автомобили на водороде уже доступны

С 2015 года три разных автомобильных компании выставили на продажу три автомобиля с водородным двигателем: Honda Clarity Fuel Cell, внедорожник Hyundai Nexo и Toyota Mirai. Но Honda прекратила производство всех моделей Clarity, а Hyundai продала менее 1500 внедорожников Nexo.

Toyota, компания, наиболее приверженная водородной энергетике в качестве альтернативы электромобилям на батареях, продала в США около 10 700 седанов Mirai двух поколений, хотя в некоторые периоды она прибегала к существенным скидкам для их перемещения. (Honda не выделяет продажи своей модели Clarity Fuel Cell из версии Clarity с подключаемым гибридом и аккумуляторной батареей.)

Hyundai

Что такое водородный автомобиль?

Транспортное средство на водородных топливных элементах (сокращенно HFCV) использует тот же тип электродвигателя для вращения колес, что и аккумуляторный электромобиль. Но он питается не от большой тяжелой батареи, а от блока топливных элементов, в котором чистый водород (h3) проходит через мембрану, чтобы соединиться с кислородом (O2) из воздуха, производя электричество, которое вращает колеса, плюс водяной пар. Это означает, что транспортное средство на топливных элементах технически является серийным гибридом, поэтому их иногда классифицируют как гибридные электромобили на топливных элементах (FCHEV).

Для ученых водород на самом деле не топливо, а носитель энергии. Не обращайте внимания на это различие, потому что водители HFCV заправляют углеродные баки высокого давления своих автомобилей на «водородных заправочных станциях», очень похожих по концепции на старые надежные заправочные станции, с таким же пятиминутным временем дозаправки.

Возможно, вы слышали, что водород — самый распространенный элемент во Вселенной. На атомном уровне это верно, но водород никогда не встречается в чистом виде. Он всегда сочетается с другими элементами. Его сильная склонность связываться со всем, что находится в поле зрения, делает его хорошим переносчиком энергии. Создание чистого водорода для транспортных средств требует использования большого количества энергии, чтобы «расщепить» такое соединение, как природный газ (Ch5), в чистый водород с CO2 в качестве побочного продукта. (Большая часть водорода сегодня производится из ископаемого топлива, такого как природный газ.) Проходя через топливный элемент, водород сразу же возвращает эту энергию в виде электричества, как только он соединяется с кислородом. Из выхлопной трубы выходит только водяной пар (h3O).

За рулем

На практике водитель HFCV обнаружит, что опыт практически идентичен управлению электромобилем, хотя, возможно, и не одним из самых быстрых. Там нет трансмиссии, и автомобиль включает рекуперативное торможение, чтобы вернуть потерянную энергию при замедлении.

Проблема для автомобильных инженеров заключается в том, что водородные топливные элементы лучше всего подходят для стабильной выходной мощности. Вот что делает их подходящими, например, для использования в качестве резервного источника питания. Но требования к мощности в среднем автомобиле варьируются на порядок: от примерно 15 киловатт (20 лошадиных сил), чтобы поддерживать постоянную скорость автомобиля на ровной дороге, до, возможно, в 10 или 20 раз больше для максимального ускорения до 60 км/ч. миль в час или выше.

Топливный элемент Toyota Mirai, самого продаваемого водородного автомобиля в США, рассчитан на мощность 90 кВт (120 лошадиных сил). Но этого недостаточно для ускорения на быстром шоссе, поэтому Toyota (как и другие производители HFCV) добавляет высоковольтную батарею малой емкости, очень похожую на те, что используются в бензиново-электрических гибридных автомобилях. Он предназначен для обеспечения дополнительной мощности в течение коротких периодов интенсивного ускорения и подзаряжается либо от избыточной мощности топливных элементов, когда автомобиль движется с постоянной скоростью, либо за счет рекуперативного торможения, когда автомобиль замедляется. Все три водородных автомобиля, проданных в последние годы, имеют запас хода в 300 миль и более по рейтингу EPA, хотя, как и у электромобилей, этот запас хода существенно сокращается на более высоких скоростях.

Безопасны ли автомобили на водороде?

Автомобили HFCV считаются такими же безопасными, как и любой другой автомобиль; поскольку баки высокого давления спроектированы таким образом, чтобы выдерживать даже аварии на самой высокой скорости без утечек или повреждений. В то время как скептики водорода обычно ссылаются на взрыв Гинденбурга в 1937 году, водородные баки и их оборудование, скорее всего, выживут, даже если остальная часть автомобиля будет уничтожена в результате аварии. В относительно небольшом количестве HFCV, проданных на сегодняшний день, не было зарегистрировано травм или смертей, характерных для водородных компонентов.

IIHS

Плюсы и минусы автомобилей на водородных топливных элементах

Автомобили HFCV обладают некоторыми из тех же положительных качеств, что и автомобили с аккумуляторными батареями: они плавные, тихие и спокойные в управлении, а также не выделяют углекислый газ. или другой вредный выхлоп из их выхлопных труб, просто водяной пар. У них также отсутствует проблема времени зарядки, которая есть у электромобилей; требуется всего пять минут или около того, чтобы заправить их еще на 300–400 миль.

Однако есть несколько недостатков, самым сложным из которых является доступность водородного топлива. Хотя планы десятилетней давности предусматривали, что к настоящему времени в Калифорнии должно быть 100 водородных станций, в действительности их число составляет около 60.

Наиболее проблематично то, что не все эти станции подключены к сети и доступны для заправки в любое время. Вы можете подсчитать общее количество зеленых точек «H70» в отчете о состоянии станций в режиме реального времени, который ведется Калифорнийским партнерством по топливным элементам, чтобы увидеть, сколько из них работают в любой момент. Многие водородные водители полагаются на это приложение, чтобы составить карту своих остановок для заправки, прежде чем выйти на улицу.

MediaNews Group/Bay Area News via Getty Images

Водородные заправочные станции

Заправка автомобиля водородом со временем происходит естественным образом, но правильное выравнивание тяжелого сопла и его герметизация, чтобы автомобиль и насос могли обмениваться электронными данными, могут потребовать некоторой практики. Сегодняшние станции часто могут заправить только два-пять автомобилей, прежде чем они отключатся на полчаса для восстановления давления.

Как обнаружили в июне 2019 года водители HFCV в районе залива Сан-Франциско, инфраструктура для подачи водорода в торговые точки очень тонкая. Взрыв прервал подачу к девяти из 11 водородных станций в этом районе, что потребовало дизельных грузовиков для перевозки резервуаров со сжатым водородом за сотни миль от Южной Калифорнии в течение ночи.

Водителям, которые зависели от своих водородных транспортных средств, чтобы добраться до работы, приходилось ставить будильник на предрассветные часы в надежде добраться до заправочной станции вовремя, чтобы получить немного водородного топлива в ограниченном количестве. В итоге Toyota вернула арендные платежи за несколько месяцев водителям Mirai по всему штату, которые не могли надежно использовать свои автомобили.

Основным отличием и самым большим недостатком водородных автомобилей по сравнению с электромобилями является то, что они похожи на бензиновые в том, что их нельзя «заправить топливом» или перезарядить дома в одночасье. Но в отличие от бензиновых автомобилей, для которых существует хорошо развитая сеть из более чем 100 000 заправочных станций по всей стране, водители водородных автомобилей полностью зависят как от надежной подачи самого газа, так и от доступной — и правильно работающей — заправочной станции высокого давления.

ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Стоимость водородного топлива

Поскольку водородное топливо является специализированным товаром для широкой публики, небольшая сеть розничных заправок, естественно, устанавливает высокие цены. Цитируя Калифорнийский совет по водородному бизнесу, «в настоящее время килограмм водорода стоит от 10 до 17 долларов на водородных станциях в Калифорнии, что составляет от 5 до 8,50 долларов за галлон бензина», чтобы преодолеть такое же расстояние. (Водородный автомобиль Toyota Mirai вмещает около пяти галлонов водорода.)

Чтобы компенсировать этот недостаток, Honda, Hyundai и Toyota предложили своим арендаторам и покупателям бесплатное водородное топливо на различные периоды времени. У каждого производителя немного разные предложения: Toyota Mirai поставляется с бесплатным водородом на сумму до 15 000 долларов, а Hyundai Nexo включает те же 15 000 долларов за трехлетнюю аренду или до шести лет владения.

Однако по истечении срока действия этих предложений водитель остается один. И если водород можно сравнить с бензином по цене от 5 до 8,50 долларов за галлон, обратите внимание, что зарядка электромобиля в течение ночи обычно эквивалентна бензину всего за 1–2 доллара за галлон.

Honda

Обслуживание автомобиля на водороде

Как и электромобили, автомобили на водороде требуют, чтобы дилерские сервисные центры соблюдали некоторые особые меры предосторожности. HFCV имеют те же высоковольтные аккумуляторные блоки, что и гибридный, подключаемый гибрид или электромобиль, но у них также есть один или несколько бронированных баков из углеродного волокна для хранения чистого водорода под чрезвычайно высоким давлением: 10 000 фунтов на квадратный дюйм (10 000 фунтов на квадратный дюйм). psi) или 700 бар в метрических единицах.

Обычное обслуживание водородного автомобиля, не связанное с водородными баками, блоком топливных элементов или соединяющей их сантехникой, ничем не отличается от любого другого автомобиля. Но если с каким-либо из этих компонентов придется обращаться, в штате Калифорния действует свод правил, гарантирующих, что любой выходящий водород не подвергнется риску взрыва.

К ним относится в основном слив топлива из водородных баков на определенных типах открытых площадок вдали от зданий. Затем остальная часть системы очищается от всего оставшегося водорода путем промывки компонентов различными газами, процесс, который занимает от 30 до 180 минут.

MORGAN SEGAL

Будущее водородных автомобилей

Если вы живете в Калифорнии и заинтересованы в автомобиле с нулевым уровнем выбросов, приводимом в движение электродвигателем, возможно, стоит подумать о водородном автомобиле. Но на данный момент это риск. Создание совершенно новой заправочной сети с нуля оказалось гораздо более проблематичным — и дорогим, и ненадежным, — чем предполагали автопроизводители, а топливо для водителей дороже, чем бензин.

Без этого водородного топлива, доставляемого под давлением 10 000 фунтов на квадратный дюйм, HFCV не более чем большой и дорогой дверной упор. Если бы нам пришлось гадать, мы бы предположили, что будущее легковых автомобилей, скорее всего, будет электрическим.

John Voelcker

Ответственный редактор

John Voelcker 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 энергетической экосистеме вокруг них.