Идея использовать водород в качестве топлива совершенно не нова. Было бы удивительно, если бы человек не попытался извлечь какую-то пользу для себя из самого распространенного вещества во Вселенной. Но вот Илон Маск считает технологию невероятно глупой. Такое заявление, в общем, неудивительно, ведь автомобили на водородных топливных элементах — прямые конкуренты электромобилям на аккумуляторах, в том числе и Tesla.
За и против
По сути, автомобиль на водородном топливе — это тот же электромобиль, только у него не литий-ионные аккумуляторы, а другие.
Водородный топливный элемент представляет собой две камеры, разделенный мембраной. Мембрана покрыта слоем катализатора, чаще всего для этого используют платину.
В камеру-анод поступает водород из топливного бака, а в камеру-катод — кислород из воздухозаборника. В результате химической реакции водород теряет электроны — так и получается необходимый для питания двигателя ток. Продукт реакции — обычная, экологический чистая вода.
Плюсов у технологии довольно много.
1. Это экологично (с одной оговоркой, о которой ниже). Водородный топливный элемент «выбрасывает» только воду, так что за экологию можно не переживать.
2. Срок службы водородных топливных элементов 8–10 лет дает преимущество перед литий-ионными аккумуляторами, которые проработают примерно в два раза меньше. Кроме того, водородным ячейкам не страшны сильные морозы, при которых емкость литий-ионных батарей значительно уменьшается.
3. Водород эффективнее, чем бензин. На количестве водорода, который помещается в стандартный автомобильный бак, можно проехать 500–600 км, а КПД такого двигателя на 10 % выше, чем привычного нам двс.
4. Разумеется, никакой вибрации и лишнего шума.
5. Водородный автомобиль заряжается намного быстрее, чем автомобиль на литий-ионных аккумуляторов. Полный бак водорода можно «залить» всего за три минуты.
Впрочем, и минусы водородных топливных элементов выглядят довольно значительными.
1. Водород — очень взрывоопасный газ и, смешиваясь с воздухом, легко воспламеняется. Огромный дирижабль «Гинденбург» объемом 200 000 кубометров, длиной 245 м и максимальным диаметром 40 м сгорел за 34 секунды. Все из-за того, что стальной трос повредил один из баллонов с водородом, а искра от короткого замыкания воспламенила газ.
Поэтому конструкции водородных баков уделяют особое внимание. Утечку газа практически невозможно обнаружить «невооруженным взглядом», ведь он не имеет ни цвета, ни запаха. Поэтому бак должен быть абсолютно герметичным, ведь любая утечка грозит гибелью всем, находящимся в автомобиле.
2. Стоимость. Водород стоит дорого — примерно в 2,5–3 раза дороже эквивалентного по объему количества бензина. Кроме того, дополнительные меры безопасности (например, баки делают из прочного, но дорогого углепластика) увеличивают цену самого автомобиля. Наконец, для водородных машин нужны отдельные заправочные станции — а это дополнительные затраты на инфраструктуру.
3. Производство водорода не избавляет от зависимости от углеводородов. Дело в том, что наиболее выгодный сейчас способ получения газа — паровой риформинг метана или пропан-бутановой фракции. То есть, по сути, нам нужен все тот же природный газ.
Другой способ получения водорода — электролиз обычной пресной воды. Однако выход водорода на единицу затраченной энергии ниже.
В целом, оба процесса требуют энергетических затрат, а значит, чтобы считать водородное топливо совершенно экологичным, нам нужно позаботиться и о том, чтобы электричество для его производства поступало только из возобновляемых источников.
Водород путь найдет
Водородные технологии не только разрабатывается, но уже и применяются.
В первую очередь, водородные топливные элементы приспособили к транспорту. Ведущие автопроизводители, например Toyota, BMW, Audi и многие другие, уже выпускают автомобили-гибриды, двигатели которых могут работать как на бензине, так и на водороде (в первую очередь расходуя последний).
Производители городских автобусов также вовсю осваивают новую технологию. В частности, польский Solaris подписал контракт на поставку двадцати пяти Solaris Urbino Hydrogen в немецкие Вупперталь и Кёльн.
Компания Alstom запустила в Германии поезд, работающий на водороде. Всего же у компании заказали 41 такой состав. Цель Deutsche Bahn — заменить все дизельные поезда на не электрифицированных линиях на водородные.
Airbus представил три дизайна самолетов на водородном топливе, которые должны подняться в воздух к 2035 году.
Наконец, водородные ячейки можно использовать и как стационарные источники питания для каких-либо объектов — например, вышек сотовой связи. Также есть проекты и водородных газотурбинных электростанций.
Легкое будущее легкого газа?
Что бы ни говорил Маск, но все движется к тому, что водородные топливные элементы составят серьезную конкуренцию тем же электромобилям с другими аккумуляторами.
Во-первых, водородное топливо имеет серьезную поддержку среди политиков и чиновников. Например, Европейская комиссия приняла стратегию по развитию водородной энергетики. Европейские власти видят в ней один из значительных столпов на пути к безуглеродной экономике.
Во-вторых, водород, видимо, будет дешеветь. Увеличатся объемы его производства, а технологии станут более совершенными, что позволит снизить цену — по прогнозу Международного энергетического агентства к 2030 году водород подешевеет на треть.
В-третьих, возможно, не понадобится новая инфраструктура. В Китае, например, реализуют проект, который позволит заправлять автомобили водородом на обычных АЗС.