Водородными транспортными средствами в наше время уже никого особо не удивишь: мировые автомагистрали бороздят десятки тысяч электрических автомобилей на водородных топливных элементах. Особенно популярен новый тип авто в Японии, Германии и США. Там же созданы и самые развитые в мире сети водородных заправочных станций. Газообразный водород из них подаётся в бак авто под высоким давлением (обычно 700 бар). Такие автопроизводители как Toyota и Hyundai числятся в мировых передовиках по части производства водородных авто: Toyota Mirai и Hyundai Nexo — самые распространённые на сегодня в мире водородные электромобили.
Но и двигатель внутреннего сгорания вполне может работать на водородном топливе (разумеется, двигатель должен быть специально разработан именно под водород). По этой части особенно активен американский производитель грузовиков Cummins. Но это пока перспектива, а на сегодняшний день грузовые авто также используют водородные топливные элементы, как и их легковые собратья. Да что там грузовики: поезда на водородных элементах производства французской Alstom вовсю работают на железнодорожных линиях Германии, гибридные поезда (аккумуляторная батарея + блок водородных топливных элементов) местного производства тестируются в Китае и Японии.
У нас в России водородом тоже занимаются: КАМАЗ разработал пилотный автобус на водородных элементах, ярославский ЯМЗ — водородный двигатель внутреннего сгорания. А если вспомнить совместный проект «Росатома» и РЖД о развитии на Сахалине железнодорожного сообщения на поездах, оборудованных водородными топливными элементами, то становится ясно, что наша страна вовсе не чужда «водородной повестке». Почему столько стран интересуется водородом? Всё дело в экологии: водородные транспортные средства при работе выбрасывают только водяной пар. В общем, водород — это очень хлопотно, очень дорого, но очень экологично. Особенно, если он производится методом электролиза из воды. Оказывается, в мире есть и государства, и отдельные персоны, которые готовы хорошо платить за то, чтобы сделать свой весомый вклад в сохранение экологии нашей планеты.
Разумеется, находятся энтузиасты, которые не ограничиваются в своих амбициях использованием водорода в качестве топлива для автомобилей и поездов: работа идёт и над созданием водородных судов и даже самолётов. По оценкам отраслевых экспертов, авиация ответственна примерно за 2,5% общемировых техногенных выбросов углекислого газа. Учитывя, какой размах сейчас набрала «зелёная повестка», эту отрасль тоже вниманием не обошли. Важно, что в отличие от автомобилей или поездов, возможность использования тяговых электрических батарей на авиалайнерах существенно ограничена их большим весом. Даже в обычном легковом электромобиле вес тяговой батареи запросто достигает 500 -1000 кг, в зависимости от класса авто. В этом, кстати, причина повышенного внимания к водороду со стороны транспортных компаний, эксплуатирующих грузовики: никто не хочет возить пару лишних тонн в коммерческом грузовом автомобиле в виде аккумуляторной батареи.
Что уж говорить об авиакомпаниях, где каждый килограмм веса наперечёт. В этом смысле водород в виде топлива вызывает у авиаперевозчиков неподдельный интерес: они понимают, что использование традиционного керосина может войти в противоречие с «зелёной повесткой», которую вряд ли кто-то отменит. Широкое распространение получило заявление руководителя «Эрбас», крупнейшего мирового авиапроизводителя, о том что водородный самолёт — это окончательное решение.
Возможные способы использования водорода в самолёте от того же автомобиля особо не отличаются: либо сжигать его в двигателе внутреннего сгорания, либо использовать водородные топливные элементы, где водород соединяется с кислородом воздуха, образуя воду и вырабатывая при этом энергию. Ахиллесова пята водорода — его объём. Если закачивать в баки самолётов газообразное водородное топливо, потребовался бы слишком большой объём баков. Поэтому предпочтительным решением для авиации является использование сжиженного водорода. Для этого приходится использовать криогенные технологии и оборудование: водород переходит в жидкое состояние при -252,87 °С. Но поскольку сжиженный водород по удельной теплотворной способности втрое превосходит традиционный авиационный керосин, то эти сложности разработчиков, похоже, не смущают.
«Эрбас» планирует осуществить тестовый полёт своего Airbus A380 с водородным двигателем в 2026 году. Гибридный двигатель, способный работать как на традиционном авиатопливе, так и на водороде, для Airbus разрабатывает компания CFM International (совместное предприятие GE Aviation и Safran). Согласно планам европейского гиганта, самолёты на водороде выйдут на линии в 2035 году. Разработкой системы «электродвигатель + водородные топливные элементы» Airbus также вовсю занимается.
А вот американская компания Universal Hydrogen cвою систему «электродвигатель + водородные топливные элементы» уже выводит на уровень коммерческой эксплуатации. В числе её инвесторов отраслевые компании первой величины: всё тот же «Airbus», GE Aviation, American Airlines, а также японская Toyota (по части водородных топливных элементов японский автогигант в мировых передовиках). Тестовый полёт небольшого коммерческого самолёта, использовавшего водородные топливные элементы, прошёл успешно. По словам руководства Universal Hydrogen, они уже имеют большой портфель заказов от авиакомпаний со всего мира на модификацию существующих небольших коммерческих самолётов с целью перевода их с традиционного авиационного топлива на водород.
Полёты на водородном топливе выглядят удовольствием не из дешёвых. С другой стороны, «водородные активисты» вполне могут рассчитывать на поддержку со стороны властей, а летающие по старинке, напротив, запросто могут получить какие-нибудь дополнительные экологические сборы. Да и многие производители техники благоволят к потребителям, предпочитающим водородные транспортные средства. К примеру, японская Toyota предоставила каждому покупателю, который приобрёл до 31 марта 2024 года её автомобиль на водородных топливных элементах, Toyota Mirai, карту заправки бесплатным водородным топливом на сумму 15 000 долларов США, действительную в течение шести лет.
Конечно, чтобы полёты водородных самолётов стали реальностью, нужно создать всемирную заправочную инфраструктуру. К тому же важно обеспечить высокие экологические стандарты при производстве самого водорода. Потому что в настоящий момент основной объём водорода в мире призводится методом парового риформинга из природного газа, что приводит к выбросу CO2 в процессе производства. А более экологичное получение этого топлива методом электролиза из воды с использованием энергии солнца или ветра, не приобрело до сих пор большого размаха.
Не будем забывать, что и у нас в России есть серьёзные наработки в области водородных авиадвигателей: ведь именно советский авиалайнер Ту-155 совершил 15 апреля 1988 года первый испытательный полёт на водородном двигателе, работавшем на сжиженном водороде (из трёх авиадвигателей один, НК-88, работал на водороде). Так что технологии в области проектирования и изготовления авиационных систем, работающих на криогенном топливе, к которым западные страны только пытаются сейчас подобраться, у нас давным-давно разработаны и практически отработаны советскими учёными и лётчиками-испытателями.
Насколько широко водородная авиация найдёт своё применение — покажет ближайшее десятилетие. Пока неясно, будет ли водородная авиация востребована в нашей стране. Зато ясно другое: благодаря наработкам наших советских предшественников мы точно способны такую авиацию создать.