Фанаты этой технологии говорят, что автомобили с водородными топливными элементами могут в конечном итоге обогнать автомобили с батарейным питанием из-за их способности обеспечивать экологически чистый транспорт с почти неограниченной зеленой энергией, но сначала есть несколько огромных препятствий, которые нужно преодолеть.
Аккумуляторная батарея, похоже выиграла гонку по замене двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с его проблемами по выбросу углекислого газа. Tesla находится в авангарде, во главе с Model3, в противовес топливным элементам пока буксующим на стартовой линии. Но встроенное экологическое преимущество топливных элементов может дать им победу в долгосрочной перспективе.
Прогнозы IHS Markit показывают, что битва окончена: к 2032 году производство аккумуляторных электромобилей (BEV) достигнет почти 18 миллионов в год, а электромобилей на топливных элементах (FCEV) — менее 500 000.
Производство же самих батарей вызывает некоторые экологические проблемы. Добыча важнейших металлов, таких как кобальт, литий, никель и медь, часто вызывает опасения по поводу безопасности для окружающей среды. Переработка — это тоже большая проблема, связанная с выбросом CO2. В таких странах, как Германия и Китай, где уголь по-прежнему часто используется для производства электроэнергии, преимущества по выбросам CO2 от эксплуатации электротранспорта не существует вообще.
Критики говорят, что производство водорода традиционными методами выбрасывает столько же углекислого газа (CO2), сколько было бы сэкономлено в процессе эксплуатации топливных элементов, а возобновляемых мощностей от ветра, солнца и гидроэлектростанций в не пиковые часы, чтобы обеспечить достаточное количество водорода по конкурентоспособной цене, в данный момент просто не существует. И даже если бы это было так, затраты на распространение и хранение были бы непомерно высокими, по словам профессора Гаутама Калгхатги, приглашенного профессора машиностроения в Имперском колледже Лондона и инженерных наук в Оксфордском университете.
Более агрессивные циники, такие как Илон Маск из Tesla Inc, отвергают эту идею как просто «дурацкие элементы, а не топливные элементы» или «невероятно глупые элементы», но производители все еще вкладывают большие суммы в технологию, вероятно больше в качестве страхового полиса для защиты от конкурента, неожиданно обнаружившего золотой ключ от своего экономического успеха.
Не так давно материнская компания Mercedes и производитель грузовиков Daimler объявили о сделке с Volvo Trucks, чтобы разделить расходы на разработку, производство и продажу большегрузных автомобилей, работающих на топливных элементах. Заявленная цель заключалась в том, чтобы большие дальне-магистральные грузовики на топливных элементах были готовы к выходу на рынок после 2025 года. Но в то же время Daimler заявила, что на некоторое время пока откладывает планы по выпуску автомобиля на топливных элементах. Было изготовлено всего несколько моделей GLC F-Cell.
Какие же преимущества имеют водородные топливные элементы перед батареями? Arval, дочка французского банка BNP Paribas Group, перечисляет эти плюсы и минусы:
· Более быстрая заправка по сравнению с зарядкой электромобиля – от 3 до 5 минут, как у бензинового автомобиля.
· Отсутствие вредных выбросов; только вода.
· Хорошая дальность пробега , около 500 км, наравне с обычными автомобилями.
· Хорошие уровни эффективности. Силовые агрегаты на топливных элементах намного эффективнее получают энергию из водорода, чем традиционные автомобили — из бензина или дизельного топлива.
Но признается, что –
· Места для заправки пока немногочисленны.
· Хотя стоимость заправки автомобиля водородом аналогична стоимости традиционного топлива, разработка технологии не дешева, и есть еще много не решенных вопросов таких как хранение и перемещение самого водорода.
· И всего это еще мало – электроэнергия должна быть возобновляемой, иначе не будет эффекта в части СО2.
Между тем, новости о прорыве в технологии по хранению водорода выглядят как смягчение серьезной проблемы с топливными элементами и автомобилями. Говорят, что так называемая технология «губки» способна удерживать и выделять большое количество водорода при более низком давлении и следовательно, с меньшими затратами. «Губка» была разработана профессором Северо-Западного университета Омаром Фархой.
BMW говорит, что различные технологии будут сосуществовать еще какое-то время, и водородные топливные элементы могут стать четвертым вариантом после бензина, дизельного топлива и аккумуляторных батарей.
«Модели высшего класса в нашем семействе X (4x4) были бы здесь особенно подходящими кандидатами», — сказал бывший член совета директоров BMW по исследованиям и разработкам Клаус Фрёлих в своем заявлении, подробно описывающем концепт-кар BMW i Hydrogen NEXT. BMW пока не планирует выводить этот автомобиль на рынок, говоря что время еще не пришло, а инфраструктура еще не создана.
«На наш взгляд, водород как энергоноситель сначала должен производиться в достаточном количестве по конкурентоспособной цене с использованием «зеленой» электроэнергии. Затем водород будет использоваться в основном в транспорте, который не может быть электрифицированы напрямую, например: в дальних перевозках большой грузоподъемности», — сказал Фрёлих.
BMW отказалась от своего первоначального водородного плана, который использовал водород в двигателях внутреннего сгорания. Теперь он включает в себя топливный элемент, который производит электричество на борту для питания электродвигателя.
BMW также работает с Toyota Motor над технологией топливных элементов, и японская компания продает образцы этой технологии в своем Mirai. Есть так же такие FCEV как Honda Clarity и Hyundai Nexo.
Bloomberg New Energy Finance в недавнем отчете указал на возможности водородной энергетики, но указал в нем, что для этого потребуется глобальный фонд государственных субсидий в размере 150 миллиардов долларов в течение 10 лет. Можно предположить, что история с короновирусным кризисом отложит этот процесс на год или два.
Европейский союз (ЕС) продвигает водородную программу, которая также будет нацелена на авиацию и тяжелую промышленность. Законодательство ЕС по выбросам CO2 для автомобилей и внедорожников требует, чтобы к 2030 году средний расход топлива составлял эквивалент 92 миль (150 км) на галлон США (4.5 л), поэтому производители приветствовали бы наличие альтернативного топлива, не содержащего CO2.
Правила ЕС близки к тому, чтобы требовать чтобы все новые автомобили в 2030 году работали от аккумуляторов, но пока что электромобили успешно освоили только дорогие сегменты рынка. К 2030 году планируется построить массовый электромобиль, но прогнозисты предсказывают, что это не удастся. По данным IHS Markit, мировое производство седанов и внедорожников с батарейным питанием в 2030 году достигнет лишь 15,9% рынка, в то время как бензиновые, дизельные и мягкие гибриды (двигатели внутреннего сгорания (ДВС), усиленные дополнительной электрификацией) по-прежнему будут немногим более 70%. Однако ЕС продолжает придерживаться политики существенного ужесточения действующих правил и это может сильно ускорить процесс декарбонизации автомобильной промышленности.
Между тем, американское инвестиционное агентство Energy & Capital сообщило, что Hydrogen Council, глобальная корпорация, созданная для продвижения водородной технологии, считает что к 2050 году водород будет питать более 400 миллионов автомобилей и внедорожников, до 20 миллионов грузовиков и 5 миллионов автобусов. Водород будет обеспечивать 18% мировой энергии.
Возглавляет инициативу по внедрению топливных элементов в Европе Дэвид Венгер, генеральный директор немецкой компании Wenger Engineering Gmbh, который организует регулярные семинары о неизбежности внедрения топливных элементов.
Венгер сказал, что в переход на водород было вложено много средств, и такие компании как Toyota и Hyundai, лидируют и демонстрируют, как работает эта технология.
«Люди начинают осознавать преимущества водорода, поскольку промышленность пытается выполнить обязательства по Парижскому соглашению об изменении климата, а инвесторы приходят, чтобы помочь улучшить продукт и снизить затраты», — сказал Венгер.
Доступность водорода в Европе не будет проблемой, используя избыточные мощности от возобновляемых ветряных электростанций в Германии, Дании, Нидерландах и Шотландии, а так же гидроэлектростанций в Швейцарии, и это в то время как химическая промышленность Германии производит водород, который просто сжигается как отходы.
Почему покупатели автомобилей должны выбирать топливные элементы, а не электрические батареи?
«Питание от батареи не является решением для всего. Например, тем кто живет в больших городах, будет очень сложно заряжать электромобили. Переход на водород будет медленным, но верным, и я предполагаю что к 2030 году около 5% легковых и грузовых автомобилей в Германии будут работать на топливных элементах» — сказал Венгер.
Профессор Калгхатги говорит, что водород для транспорта — это скорее нишевая разработка для использования избыточной возобновляемой энергии, которая в настоящее время тратится впустую.
Такие предприятия, как марокканский солнечный проект, не будут производить водород достаточно дешево, и их будет трудно масштабировать. Этот проект предусматривает использование огромных солнечных электростанций в пустыне для производства возобновляемой электроэнергии, предназначенной для производства водорода, который затем может быть отправлен потребителям в Европе.
«Конечно, главная проблема водорода на транспорте — это распределение и хранение — как доставить его туда, где он нужен транспортным средствам. Все это может сильно повлиять на стоимость водорода и может сделать его в 4 раза дороже природного газа», — сказал Калгхатги.
«Эта новая технология об улучшении хранения водорода в автомобиле, этой так называемой «губке», может конечно помочь увеличить запас хода автомобиля, если это будет коммерчески осуществимо, но производство и распределение водорода являются важными пока не решенными вопросами», — сказал он.
«Конечно, по мере увеличения выработки электроэнергии с помощью ветра и солнца будут времена, когда будет вырабатываться больше электроэнергии, чем необходимо, из-за прерывистого характера этих возобновляемых источников энергии. Эта избыточная электроэнергия может использоваться для производства водорода, а не храниться в батареях, который можно использовать для транспорта, при условии доставки туда, где он необходим. Но я ожидаю, что в обозримом будущем такой водород будет составлять лишь очень небольшую часть потребности транспорта в энергии», — сказал Калгхатги.
