Когда речь заходит о будущем человечества, неизменно встаёт вопрос: как снизить уровень производимых нашей цивилизацией вредных выбросов? Далеко не последнее значение в этой повестке отведено работе над созданием более экологичных видов транспорта. В свою очередь, на этом пути ярче прочих выделяются два направления: электрические машины и водородные автомобили. Именно о последних мы и хотим подробнее рассказать вам в этой статье.
Немного истории
Если вам кажется, что тема водородных автомобилей – это по большей части история последних десятилетий, спешим вас заверить – вы глубоко заблуждаетесь. Первому двигателю, работающему на водороде, в этом году исполнилось аж 217 лет! Пионером на этом поприще стал французский изобретатель по имени Франсуа Исаак де Риваз. В далёком 1806 году водород для своего двигателя он смог получить при помощи электролиза воды.
В дальнейшем собственные водородные двигатели появились у англичан (в 1841 году в Великобритании был выдан первый патент на подобную силовую установку) и немцев (ДВС с возможностью работы на воздушно-водородной смеси здесь сконструировали в 1852-м). Авторство же первого полноценного автомобиля, работающего на водороде, принадлежит французскому конструктору бельгийского происхождения Этьену Ленуару. Свой «гиппомобиль» изобретатель создал ещё в 1863 году.
Потом был небольшой грузовик, который в 1933 году норвежская нефтегазовая компания Norsk Hydro Power переоборудовала под работу на водороде. А военный техник Борис Шепелиц во время блокады Ленинграда из-за дефицита бензина перевёл на воздушно-водородную смесь порядка 600 аэростатов и несколько сотен грузовиков ГАЗ-АА. Ещё одним удачным примером транспорта на водородных топливных элементах можно считать автомобиль под названием Electrovan – его в 1966 году в качестве демонстрационного экземпляра изготовила компания General Motors. А позже успех американцев повторили инженеры BMW, построив в 1979-м свой вариант авто с водородным двигателем.
Немного теории
Вкратце технологию работы двигателя с водородными топливными элементами можно описать следующим образом: сжатый водород из резервуара поступает в топливный элемент. Внутри него камеры с катодом и анодом разделены специальной мембраной. В камеру с катодом подаётся кислород, поступающий через воздухозаборник, а в камеру с анодом подаётся собственно водород. Электроды мембраны покрыты катализатором (для этого как правило используется платина). В процессе реакции водород теряет отрицательно заряженные частицы – электроны. Через мембрану к катоду попадают протоны – частицы, имеющие положительный заряд. Соединяясь с электронами, они образуют на выходе водяной пар и электричество. А оно, в свою очередь, приводит в движение электродвигатель водородмобиля.
Плюсы и минусы
В числе плюсов такой технологии называют её высокую экологичность, ведь единственным побочным продуктом реакции становится водяной пар. Водородные двигатели демонстрируют на 10% более высокий КПД (45% против 35%), нежели классические ДВС. А пробег на 1 кг водорода в 2,5-3 раза больше, чем на эквивалентном ему галлоне бензина. Подобные силовые агрегаты работают бесшумно. А заправка водородмобиля топливом, в отличие от зарядки аккумуляторов электрокара, занимает всего несколько минут. При этом ёмкость водородного аккумулятора превышает ёмкость литий-ионного в 10 раз!
К минусам водородного транспорта в первую очередь относят высокую стоимость топлива. В то время как галлон бензина в США в среднем обходится в 4,5$, цена равнозначного объёма водорода (1 кг) составляет уже 8,6$. Тормозит повсеместное использование водородмобилей и слаборазвитая инфраструктура заправочных станций. На начало нынешнего года в мире насчитывалось всего около 1000 водородных заправок, из них треть приходилась на Китай. При этом постройка подобных комплексов обходится куда дороже, чем возведение традиционных АЗС.
Кроме того, водород для использования в автомобильном двигателе сжимают в 850 раз, в результате чего давление газа может достигать 700 атмосфер. Это повышает риск его воспламенения при неосторожном обращении и требует использовать дорогостоящие баки из углепластика, чтобы исключить риск взрыва баллонов. К тому же добыча до 95% сырья для получения водородного топлива сегодня ведётся из ископаемых. А развитие зелёной водородной энергетики затрудняется высокими энергозатратами на сам процесс получения данного вида топлива. Не добавляет оптимизма и тот факт, что водородная силовая установка и батареи весят больше их аналогов, применяемых на современных электрокарах.
Серийные водородмобили
Как бы то ни было, несмотря на имеющиеся сложности, многие производители всё же решаются включиться в процесс создания водородного транспорта. Не будем говорить о штучных концепт-карах и выставочных моделях, а пройдёмся по автомобилям, выпускаемым серийно.
Одним из самых известных представителей этого сегмента по праву считается четырёхдверный седан Toyota Mirai. Первое поколение модели увидело свет в 2014 году, осенью 2019 она пережила обновление. Полного бака гибридному авто хватает на 650 километров пути (по японской методике измерений JC08), а 154-сильная электрическая силовая установка позволяет ему разгоняться до 100 км/ч за 9 секунд и развивать максимальную скорость в 175 км/ч. Удовольствие это не из дешёвых: американцы благодаря госпрограмме могут купить Mirai за $45 000. А жителю Европы он обойдётся уже в €78 540.
Другим водородмобилем из Страны восходящего солнца, выпускавшимся серийно, стал седан класса D Honda Clarity (2008-2014 годы) и его версия Clarity 2 (2016-2021 годы) в статусе авто бизнес-класса. В США такой предлагали купить в лизинг, единовременно заплатив всего $2 878 и в течение трёх последующих лет ежемесячно выплачивая по $379. 177-сильный авто мог развить скорость в 100 км/ч за те же 9 секунд при максималке в 165 км/ч. А его запас хода по версии NEDC равнялся 650 км.
Собственные серийный модели на водороде имеются и у южнокорейской марки Hyundai. К примеру, экологичная версия кроссовера Tucson, за пределами России и Европы именуемая ix35 FCEV, благодаря бакам вместимостью 5,64 кг способна преодолеть около 600 км пути. При этом 134-сильного двигателя ему хватает, чтобы разгоняться до 160 км/ч, разменивая первую «сотню» за 12,5 секунды. Ценник за подобный аппарат в Южной Корее составляет $48 000, в Европе и США на старте продаж за него просили €65 450/$88 500.
А вот представленный в начале 2018 года в Лас-Вегасе Hyundai Nexo при куда более выгодной стоимости в $35 000 на домашнем и €54 000/$64 800 на европейском и американском рынках может похвастаться уже 800-километровым запасом хода и 163-сильным мотором. С 0 до 100 км/ч он разгоняется за 9,5 секунд, при этом его предельная скорость ограничена отметкой в 150 км/ч.
Свои разработки водородных автомобилей, не дошедших до серийного выпуска, имеются и в нашей стране. Речь о проекте АНТЭЛ (автомобиль на топливных элементах), работать над которым специалисты АвтоВАЗа начали ещё в 1999 году. Также в контексте водородмобилей нельзя не упомянуть наработки ФГУП «НАМИ». Свою версию Aurus Senat на водороде специалисты предприятия представили на выставке «Иннопром-2022». Подписывайтесь на наш канал, и вы не пропустите следующую публикацию на эту тему, в которой мы подробно расскажем о прошлом и будущем российских автомобилей на водородном топливе.