водородные автомобили

Мы привыкли к конкуренции ДВС-авто, гибридов, электрокаров; последние часто рассматриваются как угроза обычным автомобилям. Но есть ли угроза самим электрокарам? В такой постановке вопроса на ум сразу приходят водородные автомобили. Судите сами: они также «чисты» как электромобили – нет выхлопных газов, лишь водяной пар; при этом водородный автомобиль лишен главного недостатка электрокара – для полной заправки баллонов водородом (пробега около 500 км) потребуется лишь около 5-10 минут.

Водородный автомобиль: что это?

Интересно, что водородный автомобиль конструктивно очень близок к электрокару. Так, силовым агрегатом здесь выступает электромотор; традиционной коробки передач нет. В большинстве водородных авто установлены небольшие аккумуляторы, которые используются для запуска системы или даже позволяют проехать несколько километров исключительно в режиме электрокара (т.е. АКБ + электромотор). К примеру, концепт Audi A7 h-tron может проезжать только на электротяге до 50 км, после чего в дело вступают топливные ячейки (Fuel Cell), в них вырабатывается электроэнергия (в ходе химической реакции H2 + О = Н2O), которая отправляется на электромотор – и автомобиль может ехать дальше.

Главная разница водородного автомобиля и электрокара – как раз в топливных ячейках и баллонах с водородом вместо большой и емкой АКБ. Как правило, в водородных автомобилях устанавливают 2-3 баллона, где можно уместить около 5-7 кг водорода. Кислород для реакции берется из окружающего воздуха, который прокачивается к топливным ячейкам отдельным компрессором. Запаса водорода в 5-7 кг достаточно для пробега около 500 км – в среднем создатели обещают расход водорода около 1 л на 100 км пробега, но в реальности расход составляет 1,1-1,3 кг на 100 км пробега.

Нетрудно догадаться, что топливные ячейки и объемные баллоны для водорода являются «сердцем» всей системы водородного авто. С баллонами все просто и ясно: многослойные композитные материалы; сегодня – уже относительно невысокая стоимость; хорошая стойкость к разрушениям; занимают место топливного бака и поддона багажника. А вот с топливными ячейками все намного сложнее: они дорогие в производстве (используется напыление платины) и имеют тягу к деградации.

Проблема с топливными ячейками столь велика, что некоторые крупнейшие автомобильные производители, невзирая на конкуренцию, объединяются в одну группу по данной теме: союз Nissan, Ford, Daimler (Mercedes); союз GM (Chevrolet, Opel, др.) и Honda. Компании понимают, что столь сложный и дорогой проект будет очень сложно потянуть в одиночку. Другой пример – Suzuki объявила о совместной работе с компанией Intelligent Energy (не связана с миром автомобилей, а связана с миррой энергетики и топливных ячеек), что завершилось созданием предприятия SMILE FC.

Так, компания Suzuki намерена уже в скором времени получить недорогие топливные ячейки для своих будущих водородных автомобилей.

Опытные наработки и серийные модели

И мы затронули лишь часть компаний, которые работали над темой водородных автомобилей и топливных ячеек. На самом деле, наработки по водородным авто были едва ли не у каждого серьезного производителя машины – пик популярности пришелся на конец 1990-х и начало 2000-х годов. А первый известный водородный автомобиль вообще датируется 1966 годом – это был концепт GM Electrovan на базе фургона.

Помимо вышеупомянутых имен, концептуальные наработки были у Toyota, Honda, Hyundai, BMW и многих других компаний, включая даже Ладу (проект «Антел»; сначала на базе Нивы, а затем на базе универсала ВАЗ-2111). Причем только BMW решилась на постройку водородного автомобиля с ДВС-мотором, где водородная смесь сжигалась в цилиндрах подобно бензину или дизельному топливу. Для этого пришлось существенного переделать привычный мотор и заметно (примерно в 2 раза) снизить его мощность для уверенности в надежности. Компания BMW построила несколько вариантов подобных водородных автомобилей на базе «топовой» модели 7-й серии и даже была выпущена небольшая партия автомобилей для использования у партнеров компании.

Однако все завершилось ожидаемо – проект водородных автомобилей BMW с привычным ДВС-мотором сейчас не работает. Компания рассматривает использование топливных ячеек и наработок Toyota в своих будущих водородных авто.

Здесь интересны не концепты и единичные экземпляры, построенные для выставки, а те водородные автомобили, которые реально пошли в серийное производство. А их крайне немного, да и выпущенные партии крайне невелики.

Так, помимо BMW, серийно водородные автомобили выпускала корейская компания Hyundai – в 2013 году стартовал кроссовер iX35 Fuel Cell (5,6 кг водорода при расходе 0,95 кг на 100 км; максимальная мощность электрохимической установки достигала 100 кВт), была заявлена партия около 1000 экземпляров. Еще раньше водородные авто начала выпускать Honda: первые Honda FCX датируются началом 2000-х; модель следующего поколения – Honda FCX Clarity – датируется 2006-м. Но здесь речь идет о еще более мелких сериях: первая модель была чуть ли не экспериментальной, а Honda FCX Clarity выпустили в количестве около 200 экземпляров. Компания Honda заявила, что выпустит по-настоящему массовый водородный автомобиль в 2015-2016 году, но пока дальше концепт-кара Honda FCEV Concept (пусть и близкого к реальности) дело не пошло.

На этом фоне главным производителем водородных автомобилей сегодня становится компания Toyota, которая нацелена на ежегодные продажи своей модели Mirai в количестве 2-5 тыс. и постепенное расширение модельного ряда. К примеру, ожидается водородный седан Lexus и еще несколько водородных авто Toyota. Если все пойдет по оптимистичному сценарию, то к 2020-му году Toyota ожидает ежегодных продаж на уровне около 50 тыс. водородных автомобилей.

Главные минусы водородных авто

На примере Toyota Mirai, как первого по-настоящему массового водородного автомобиля, разберем их минусы, коих не так уж и мало.

Во-первых, цена. Сегодня Toyota Mirai продается за $60-70 тыс. в зависимости от страны, налогов и льгот, субсидий – на секундочку, это цена базовой Tesla Model S в США; это в 2-3 раза дороже гибрида Toyota Prius или Chevrolet Volt. Причем на модели Mirai компания Toyota еще и теряет деньги! Согласной инсайд-информации, реальная цена Toyota Mirai составляет $100-120 тыс. Этот факт подтверждает и другой мелкосерийный водородный автомобиль недавнего прошлого – Hyundai Tucson (iX35) Fuel Cell, который в момент своего появлении на рынке был оценен в $144 тыс.

Во-вторых, цена поездки. Так, сегодня 1 кг водорода стоит около $8; при расходе 1-1,3 кг на 100 км пути стоимость зачетной «сотни» пробега оказывается около $8-10 – что сравнимо со стоимостью поездки на бензиновом автомобиле, а гибрид или дизель могут оказаться даже выгоднее! В тоже время стоимость поездки на электрокар едва превышает $1-2 за 100 км пути. Причем водород нужно где-то брать – и этим «где-то» будут водородные заправки, которые можно контролировать так, как вздумается нескольким крупным сетевым игрокам рынка: то, что сегодня происходит с продажей бензина и дизельного топлива. Да и сами заправки очень дороги: небольшая водородная АЗС обходится в $250-300 тыс., средняя – в $2-3 млн. Что за деление на большую и среднюю? Это деление в зависимости от количества водородных автомобилей, которые можно заправить за сутки: небольшая водородная рассчитана на заправку 25-30 водородных автомобилей; большая может заправить 250 автомобилей или 50 автобусов – очень мало!

Конечно, существуют и крупные водородные АЗС, но они очень дороги ($5-10 млн.) и либо строятся рядом с предприятием по выработке водорода, либо имеют огромное хранилище, что требует сложного, масштабного, и снова-таки дорогого, строительства.

Наконец, третье – вес и габариты. Водородный автомобиль Toyota Mirai при длине 4,9 м весит 1 850 кг и вмещает 4-х людей плюс багажник на 361 л. Как видим, водородный автомобиль страдает также, как электрокар: он тяжелый и не слишком просторный. Лишний вес (+200-300 кг в сравнении со схожей ДВС-моделью) обуславливает сложная конструкция: наличие топливных ячеек, дополнительной батареи, электрического преобразователя. Причина небольшого внутреннего объема кроется в массивных баллонах для водорода. В случае с электрокаром во все виновата АКБ, однако хоть конструкция оказывается в разы проще.

В этом виновата не модель Toyota Mirai, а вообще класса водородных автомобилей. Слишком многие вопросы следует решить: где брать водород «недорого»? как построить сеть АЗС? что делать с деградацией топливных ячеек? можно ли уменьшить цену авто?

И все это было затеяно лишь для того, чтобы сделать возможным быструю «заправку» автомобиля – пожалуй, главную проблему современного электрокара.

Итог: так кто победит?

Ответ кроется в последнем предложении: как только появятся возможности быстро заряжать электрокар – в этот момент необходимость в водородных автомобилях пропадет. И на решение всех вопросов, связанных с миром водородных авто, может уйти даже больше времени и ресурсов, чем на распространение сверхбыстрых зарядных станций для электрокаров, тем более, что первая такая станция уже появилась в США, и а в 2017 году они начнут активно отрываться в США и Европе.