Leader-ID
2179 subscribers

Каким будет водородный транспорт в России

Реклама в Дзене
1,7k full reads
4,2k story viewsUnique page visitors
1,7k read the story to the endThat's 41% of the total page views
7,5 minutes — average reading time
Каким будет водородный транспорт в России

В центре компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» при ИПХФ РАН завершают создание первой российской автономной водородной заправочной станции. А в ноябре прошлого года беспилотный грузовик с гибридным — электрическим и водородным — двигателем проехал по интеллектуальному сегменту центральной кольцевой автодороги в Москве. Какие перспективы у водородного транспорта и сколько он будет стоить на АЗС, нам рассказал руководитель центра компетенций, доктор химических наук Юрий Добровольский.

Юрий Добровольский: «Водородная автотехника не сильно отличается от привычной нам с точки зрения потребительских свойств, а с другой стороны, она абсолютно экологически и климатически нейтральна»
Юрий Добровольский: «Водородная автотехника не сильно отличается от привычной нам с точки зрения потребительских свойств, а с другой стороны, она абсолютно экологически и климатически нейтральна»

Что такое водородный транспорт

Водородный автомобиль приводится в движение электромотором. Электричество, которое питает этот мотор, получают в результате знакомой нам со школы химической реакции водорода и кислорода. В этом отличие водородного транспорта от классического электромобиля, которому нужна розетка для зарядки и большие аккумуляторы.

Транспорт на водороде не производит выхлопов. Единственный продукт химической реакции — обычная вода. КПД двигателя внутреннего сгорания достигает 35%, а КПД водородного топливного элемента — 45–50%.

Опасность водорода связана с его высокой летучестью и легкостью воспламенения. Поэтому разработчики изобретают безопасные системы хранения водорода — композитные баки с многослойными стенками. Об этом я расскажу ниже.

Где нужны водородные машины

В России, наверное, еще долго не будет востребован личный водородный транспорт, так как для него пока нет инфраструктуры. В городских условиях легче заправляться электричеством, заряда батареи хватает на дневной пробег. В ближайшее время водород может «выстрелить» на общественном транспорте и коммунальной технике, то есть там, где не нужно массовое распространение заправок и в конце смены вся техника возвращается в парк. Например, на всю Москву хватит десятка таких заправок — по числу автопарков.

В чем проблема с московскими электробусами? Все знают, что зимой их отапливают при помощи дизельных печек. Это не только портит их имидж, но и практически сводит на нет всю экологичность летнего использования. К тому же электробус в основном возит не пассажиров, а аккумуляторы, потому что даже у самых лучших литий-ионных батарей сравнительно низкая энергоемкость, 250–260 ватт-часов на килограмм, и одновременно их требуется очень много. Сравните: самый плохой топливный элемент с водородным баком — это 750 ватт-часов на килограмм. В 30-киловаттном автобусе на водороде мы получаем «сверху» еще 30 киловатт тепла, которым можно, например, отапливать салон.

Водород выигрывает и на дальних перевозках: на литий-ионных аккумуляторах машина едет 250 километров, а такой же экземпляр на водороде проезжает 1000 километров. В России это важно.

«Электробус в основном возит не пассажиров, а аккумуляторы, потому что даже у самых лучших литий-ионных батарей очень низкая энергоемкость».

Любой водородный автомобиль оснащен аккумулятором, то есть это всегда гибрид. Думаю, со временем все разделится на ниши: общественный транспорт будет водородным, а личный в основном электрическим. Войдет в практику модульная система: в зависимости от того, куда и как надо ездить, производитель будет предлагать покупателю емкость аккумулятора и тип водородного модуля. По городу это может работать 50 на 50, а за городом будут применять так называемый водородный удлинитель пробега: когда кончается заряд аккумулятора, машина переходит на водородное топливо и едет дальше.

Совместно с компанией «Электротранспортные технологии» мы разработали беспилотную автомобильную платформу с водородным удлинителем пробега. Она может пройти до 500 километров и взять 1,5 тонны груза. Этот проект может стать коммерчески успешным.

Это российская беспилотная электрическая платформа с водородным удлинителем пробега
Это российская беспилотная электрическая платформа с водородным удлинителем пробега

Какой бывает водородная инфраструктура

Главное ограничение для развития водородного транспорта в России сейчас — отсутствие водородных заправок и водородной инфраструктуры в целом. В Лондоне автобусы заправляют водородом с 2001 года, а в России пока есть только одна мобильная заправка в контейнере, и она стоит у нас во дворе института. Такая заправка стоит дороже электрической, к тому же пока нет законодательства для их работы: регламенты по безопасности не приняты.

«В ценообразовании важна именно логистика — развозить сжатый водород в баллонах стоит дороже, чем производить его».

Инфраструктура может развиваться в нескольких направлениях. Например, можно построить централизованный большой завод, с которого водород будут доставлять на АЗС. Но это дорого. У России преимущество: во многих городах у нас есть трубопроводы низкого давления с бытовым газом. Их можно использовать, чтобы получать водород прямо на заправке — это позволит снизить его стоимость.

В ценообразовании важна именно логистика — развозить сжатый водород в баллонах стоит дороже, чем производить его. Тут нужно будет выбрать между локальным производством прямо на заправках и глобальным на больших заводах.

Первая водородная АЗС работает в городе Черноголовке Московской области при Институте проблем химической физики РАН, это 70 километров от Москвы. Станция способна обслужить шесть машин в день
Первая водородная АЗС работает в городе Черноголовке Московской области при Институте проблем химической физики РАН, это 70 километров от Москвы. Станция способна обслужить шесть машин в день

Мы сейчас разрабатываем три вида производства водорода: из газа на обычной газовой заправке, из газа на большом заводе и из электричества, полученного, например, с помощью возобновляемых источников, при помощи электролизера.

В целом этой проблемой должно заняться государство, обеспечив хотя бы начальный толчок для появления инфраструктуры. Водородного транспорта не будет, пока нет заправок, но и заправок не будет, пока нет водородного транспорта.

«Водородного транспорта не будет, пока нет заправок, но и заправок не будет, пока нет водородного транспорта».

Какое топливо дешевле

Мы оценили полный жизненный цикл автобусов с разными видами топлива. Есть базовая цифра: если водород будет стоить дешевле 4 долларов за килограмм, то километр пробега на водороде будет стоить меньше, чем на бензине и чем на электричестве.

Цена водорода зависит от способа его получения, это так называемая цветность водорода. Объясню подробнее. Самый дешевый водород получают при помощи парогазовой конверсии: смешивают метан и воду, нагревают, получают водород и углекислый газ. Это «серый» водород, и он вреден климатически: выброс в атмосферу большого количества углекислого газа — это плохо. Такой водород сейчас стоит 2–2,5 доллара за килограмм. Для электротранспорта, как я уже говорил, это уже дешевле, чем электричество. Но при использовании такого водорода вред перевешивает пользу.

Есть технологии захоронения или использования получаемого при конверсии углекислого газа. Если его утилизировали, то полученный в процессе водород называют «голубым».

«Если водород будет стоить дешевле 4 долларов за килограмм, то километр пробега на водороде будет стоить меньше, чем на бензине и электричестве»

Существует еще ряд способов получения водорода, например, пиролиз или крекинг, когда при нагревании газа выделяется водород и углерод, то есть графит или сажа.

Самый экологичный водород получают путем электролиза: под действием электричества воду разлагают на кислород и водород. Кислородом обогащаем атмосферу — водородом заправляем машину. Звучит отлично, но у этого метода тоже есть свои минусы. Во-первых, электролиз дороже «серого» способа примерно в 10 раз. Во-вторых, важно, какое электричество мы используем для электролиза. Например, в Германии большая часть электрогенерации угольная, то есть получается, что мы производим якобы чистое топливо при помощи полученного грязным способом электричества.

У России здесь есть преимущество, так как у нас много гораздо более чистых атомных и гидроэлектростанций, которые не создают выбросы. Здесь есть тоже цветность: «атомный» водород называют оранжевым, а самый экологичный, полученный с использованием ветровой или солнечной энергии — зеленым.

«Например, в Германии большая часть генерации угольная, то есть получается, что мы производим якобы чистое топливо при помощи полученного грязным способом электричества».
Это первый отечественный генератор водорода, работающий на основе бесщелочного электролиза. Установка вырабатывает до 6 кубометров водорода в час из воды с помощью электричества
Это первый отечественный генератор водорода, работающий на основе бесщелочного электролиза. Установка вырабатывает до 6 кубометров водорода в час из воды с помощью электричества

Что изменилось с эпохи первых водородных двигателей

Водородные топливные элементы разработали еще в 50–60-х годах. Они летали в космос и стояли на подводных лодках, в СССР сделали первый в мире водородный самолет: 15 апреля 1988 года совершил первый полет Ту-155 с двигателем на жидком водороде. Россия была одним из лидеров этой технологии. С точки зрения науки с тех пор ничего принципиально не изменились. Но многое изменилось с точки зрения техники.

«Самый чистый водород получают путем электролиза: под действием электричества воду разлагают на кислород и водород. Кислородом обогащаем атмосферу — водород заправляем в машину».

Первое: водородные установки стали легче. Киловаттная установка, которая летала в космос, весила 150 килограммов. Сейчас мы сами выпускаем 30-киловаттный модуль, и он весит меньше 20 килограммов. Мы преодолели технологический барьер: вместо бака бензина сегодня можно установить баллон водорода — и не придется менять габариты машины.

Второе: сильно повысили безопасность водорода. Раньше для хранения водорода использовали баллоны высокого давления, это чугунные чушки, которые при взрыве превращались в осколочную гранату. Сейчас есть углепластиковые баллоны, они просто раскрываются под давлением.

Будущее водородных машин в России

В России пока нет производства водородных автомобилей, но есть все для создания и самих машин, и инфраструктуры. У автопроизводителей огромный интерес: КамАЗ занимается водородными автобусами, а ГАЗ — водородными грузовиками. Плюс есть установка от власти обратить на эту тему внимание. Я участвую в разработке дорожной карты водородной энергетики. Еще год назад я говорил с Минтрансом, и меня убеждали, что ничего не выйдет. Сегодня их позиция изменилась, к тому же все увидели, что это оправданно экономически.

«Вместо бака бензина сегодня можно установить баллон водорода — и не придется менять габариты машины»

Англия в 2025 году отказывается от двигателей внутреннего сгорания, автопроизводители на Западе прекращают разработку новых ДВС. Мир начинает переходить к «зеленой» энергетике и транспорту. Будем ли мы маргинальной страной, где топят дровами и ездят на бензине?

Лет через пять производители полностью поделят мировой водородный рынок. Переход от ДВС к электродвигателям уже сделали — значит, полпути пройдено. Десять лет назад никто не представлял себе электробусы, а их уже 200 в Москве. Но электротранспорт всегда будет заряжаться медленно, мы не можем изменить скорость переноса массы от одного электрода к другому. Водородный автомобиль заправляется от 2 до 4 минут, то есть по удобству заправки он как бензиновый. На водороде машина едет дальше и стартует на морозе: мы проводили лабораторные старты в минус 34 градуса в естественных условиях. Топливный элемент работал без всяких проблем.

«Лет через пять производители полностью поделят мировой водородный рынок».

От редакции. Мы читаем новости и видим, что Юрий Добровольский прав: историю водородного транспорта создают прямо сейчас.

23 апреля Русатом Оверсиз и Трансмашхолдинг подписали меморандум: они объединят усилия в области транспорта на водородных топливных элементах. Подразделение Русатома будет создавать топливно-заправочную инфраструктуру и энергетические установки, а дочерняя компания Трансмашхолдинга займется поездами на водородных топливных элементах. Такие поезда планируют запустить в Сахалинской области. Кроме того, компании собираются стать поставщиками транспортных энергоустановок, девелоперами и владельцами заправочной сети для водородного транспорта в Москве.

29 апреля стало известно, что японцы выпустили спортивную версию хэтчбека Toyota Corolla Sport с двигателем на водороде. Автомобиль на гоночном треке испытал японский пилот Хироаки Исиура. Г-н Исиура заметил, что водородный мотор работает так же, как привычный бензиновый. «Если бы мне не сказали про водород, я бы никогда не подумал, что в этом моторе есть что-то необычное», — отметил гонщик.