Мы живём в эпоху, когда на смену неэкологичным видам транспорта, работающим на двигателях внутреннего сгорания (ДВС), приходят более экологически чистые альтернативы. В случае с автомобилями, это прежде всего электромобили, использующие тяговые аккумуляторные батареи, и водородомобили, работающие на водородных топливных элементах.
И электромобиль, и автомобиль на водородных топливных элементах работают на электродвигателях. В этом смысле они оба принадлежат к группе электрических автомобилей. Однако источником энергии электромобиля является перезаряжаемая электрическая аккумуляторная батарея, тогда как электродвигатель водородомобиля получает электричество, которое образуется в стеке топливных элементов из химической реакции кислорода воздуха и водорода. Воздух поступает из воздухозаборника, а газообразный водород из топливного бака.
Электромобили распространены практически повсеместно, водородомобили всё ещё экзотика, хотя в таких странах как Япония и США их счёт идёт уже на десятки тысяч. Автомобили этих типов выгодно отличаются от традиционных авто тем, что не выбрасывают в процессе работы углекислый газ и прочие продукты сгорания топлива. У электромобилей вообще нет выхлопа, а у водородомобилей он представляет собой вего лишь водяной пар. Разумеется, речь идёт об экологической выгоде, а не о финансовой: стоимость электромобилей, а тем более водородомобилей, по-прежнему существенно выше стоимости их традиционных собратьев с ДВС.
Но автомобили автомобилями, а как же быть с поездами? Мы в России привыкли, что наши железные дороги в своём большинстве электрифицированы (порядка 85% пассажиров и грузов перевозятся на электрической тяге). Так что тепловозы, работающие на дизельном топливе, встречаются значительно реже электровозов. Хотя, конечно, они есть. К примеру, когда едешь из Санкт-Петербурга в направлении Пскова, на станции Луга электрифицированная дорога заканчивается, и к составу пристыковывают тепловоз. Но в целом, в плане воздействия на экологию ж/д транспорта, наша страна на хорошем счету и вполне на уровне по сравнению с передовыми в этом плане Евросоюзом, Китаем и Японией.
Но поскольку 100% электрификация для многих регионов мира дело в обозримой перспективе недостижимое (это дорого, долго и сложно технически), то встал вопрос о разработке локомотивов, работающих на электрических батареях и водородных элементах. В общем, всё как с автомобильным транспортом. Существенное отличие заключается в более сильных позициях водорода применительно к ж/д транспорту. Дело в том, что водородный поезд легко проходит 1000 км на одной заправке (газообразным водородом высокого давления), тогда как «электричке» заряда тяговой электрической батареи обычно хватает всего на 100 км. При этом время заправки водородом и экспресс-зарядки электрической батареи в целом сопоставимо и занимает порядка 20 минут.
Первый в мире пассажирский поезд Coradia iLint, работающий на водороде, был представлен французским производителем Alstom в 2016 году на выставке InnoTrans в Берлине. В 2018 году водородный поезд был запущен в коммерческую эксплуатацию на железных дорогах Германии. В этой стране работает две группы водородных поездов: 14 — в регионе Нижняя Саксония и 27 поездов — в регионе Франкфурта-на- Майне. Такой поезд способен развивать скорость 140 км/час. Водородные поезда Alstom также работают на линиях Канады, Саудовской Аравии и ещё ряда стран.
Японские производители отставать от европейцев не хотят: в начале этого года они презентовали первый в Японии гибридный поезд под названием «Хибари». Этот поезд оснащён как водородными топливными элементами, так и электрическими аккумуляторными батареями. Японцы вообще известны своей симпатией к гибридному транспорту. К примеру, каждый второй продаваемый в наши дни автомобиль в Японии — гибридный (сочетает двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель), что является абсолютным мировым рекордом.
Гибридный поезд — совместный продукт японской железнодорожной компании JR East и корпораций Toyota Motor и Hitachi. За водородные топливные элементы отвечала Toyota, за аккумуляторную батарею и гибридную систему привода— Hitachi. На крыше двухвагонного поезда установлен резервуар с водородом ёмкостью 1000 литров. Электрическая батарея и стек топливных элементов находятся под днищем поезда. Правда, в отличие от своих коллег из Alstom, чьи поезда уже эксплуатируются много лет, японские поезда планируется запустить в коммерческую эксплуатацию только к 2030 году.
В прошлом месяце совершил испытательный пробег и китайский гибридный водородно-электрический поезд. Стоит отметить, что дизайн китайского поезда гораздо современнее японского. Поезд разработан внутри страны китайской компанией CRRC (Changchun Railway Vehicles Co.). Во время испытаний поезд продемонстрировал скорост 160 км/час, что делает его самым быстрым водородным поездом на сегодняшний день. Да и сама CRRC является крупнейшим в мире производителем железнодорожных транспортных средств.
А как обстоят дела с водородными поездами у нас? Создание таких поездов идёт в России полным ходом. Первую скрипку здесь играет «Росатом». Начиная с 2018 года водородная энергетика является одним из приоритетов стратегии научно-технического развития этой государственной компании. Перевозка первых пассажиров водородными поездами должна начаться уже в 2025 году на Сахалине. Над этой задачей совместно трудятся компании «Русатом Оверсиз» (дочернее предприятие «Росатома»), «Трансмашхолдинг» и «РЖД». Всего для Сахалина планируется построить 7 поездов.
Хотя при производстве планируется максимально возможное использование отечественных комплектующих, поначалу водородные топливные элементы и системы хранения придётся закупать за границей. Помимо этого нужно построить завод по производству водорода, водородно-заправочные комплексы и цеха технического обслуживания. Развитая атомная энергетика и огромные запасы природного газа предоставляют нашей стране исключительные возможности получения водорода как методом электролиза из воды, так и методом парового риформинга из природного газа. Так что жители Сахалина будут первыми, кто «прокатится с ветерком» на новой технике. А потом, вероятно, придёт черёд и остальных жителей России.