Почему водород больше не является топливом будущего (или является?)

Снижение углеродного следа — цель автопроизводителей от Alfa Romeo до Volvo, однако многие из них отказываются от планов использования водорода.

Электромобили на водородных топливных элементах (FCEV) должны выйти на большую сцену прямо сейчас. Бензиновые и дизельные автомобили находятся под огнем, поскольку правительство Великобритании усиленно продвигает идею нулевого уровня выбросов в преддверии запрета на новые автомобили с ДВС с 2030 года.

Между тем, водород является ключевой частью сокращения выбросов от британской энергетики (в прошлом году были объявлены планы по производству 5 ГВт в год к 2030 году, что примерно равно мощности двух атомных электростанций). А FCEV устраняют значительную часть проблем, связанных с дальностью пробега и зарядкой, вызванных переходом от автомобилей с ДВС. Так где же они?

Британцы могут купить только два FCEV от основных автопроизводителей: Hyundai Nexo и Toyota Mirai. В прошлом году было зарегистрировано всего два Nexo и 10 Mirai. Для сравнения, было продано 190 727 аккумуляторных электромобилей (BEV) — 12% от общего числа автомобилей.

Несмотря на десятилетия исследований в области водородных топливных элементов, многие автопроизводители отказываются от этой технологии.

В прошлом году Honda объявила о прекращении программы по созданию топливных элементов Clarity, сославшись на низкий спрос. В 2020 году Mercedes-Benz прекратил свою долгосрочную программу F-Cell из-за высоких затрат и невозможности их снизить.

General Motors расширила сферу применения своих топливных элементов Hydrotec, чтобы охватить «наземное, воздушное и морское» применение. Компания Jaguar Land Rover в апреле прошлого года заявила, что проведет испытания Defender FCEV к концу 2021 года в рамках программы по сокращению выбросов, но в октябре она потеряла своего руководителя по топливным элементам Ральфа Клейга, и отказалась сообщить Autocar, был ли он заменен, или испытания прошли, как планировалось. И даже Toyota, автопроизводитель, который наиболее активно поддерживал топливные элементы, сместил свои амбиции в отношении этой технологии в сторону от автомобилей. «Если говорить о пассажирских автомобилях, то я не вижу в топливных элементах значительных возможностей, честно говоря. Речь идет о нескольких тысячах в год [к 2030 году]», — сказал президент Toyota Motor Europe Мэтт Харрисон в интервью в прошлом месяце.

Так в чем же проблема? FCEV уже давно сдерживаются рядом проблем, главной из которых является отсутствие инфраструктуры заправки. В Великобритании на данный момент имеется всего 14 общественных водородных заправочных станций. В 2000-х годах Toyota смогла рискнуть на гибридах, поскольку они не нуждались в новой инфраструктуре, но без легкого доступа к водороду FCEV не являются привлекательными.

Правительство Великобритании отчасти виновато в том, что оно слишком много внимания уделяет BEV, считает Селия Гривз, генеральный директор Ассоциации водорода и топливных элементов Великобритании. Она сказала: «Разница между уровнями поддержки инфраструктуры водородных заправок и зарядных устройств на порядок больше».

Кроме того, существует стоимость. В прошлом году компания Hyundai заявила, что FCEV не достигнут паритета стоимости с BEV до 2030 года — но производители батарей, конечно, не будут стоять на месте в течение следующих восьми лет. Водородный совет приравнивает платину и иридий, необходимые для топливных элементов (и электролизеров для получения экологически чистого водорода), к кобальту и никелю, необходимым для литий-ионных батарей; но новые химические технологии производства батарей постепенно снижают потребность в этих металлах, что еще больше снижает стоимость топливных элементов.

Toyota работает над тем, чтобы заправлять водородом существующие двигатели внутреннего сгорания, но Харрисон сказал, что эти исследования пока направлены на автоспорт. «Выйдет ли это за рамки экспериментов в автоспорте и будет ли использовано в каких-либо двигателях, мы пока не можем судить об этом», — сказал он.

Но в то время как надежды на топливные элементы для легковых автомобилей угасают, они становятся реальностью для коммерческого транспорта, особенно грузовиков. «Водородные топливные элементы имеют низкие перспективы в легковых автомобилях. Тем не менее, дальность действия и преимущества заправки означают, что тяжелые грузовики уже давно предлагают потенциальное применение этой технологии», — написала компания IDTechEx, занимающаяся исследованием рынка, в недавнем отчете, посвященном тенденциям развития EV.

Vauxhall планирует представить водородный фургон Vivaro-e с запасом хода 249 миль в Великобритании в следующем году, а Renault обещает, что фургоны на топливных элементах поступят в продажу в 2023 году. Между тем, водородные грузовики изучают такие компании, как Hyundai, Daimler (в партнерстве с Volvo) и китайская фирма Hyzon, которая уже начала производство.

Toyota Europe собирается начать производство топливных элементов в своем бельгийском научно-исследовательском центре, чтобы поставлять их клиентам, не связанным с автомобильной промышленностью, например, португальскому производителю автобусов Caetano. В Великобритании компания Wrightbus производит водородные автобусы для клиентов, включая Transport for London.

Сейчас идея состоит в том, чтобы создать «водородное общество», в котором однажды, как надеются сторонники, вы сможете ездить на автомобилях на топливных элементах с гораздо меньшими хлопотами, чем сегодня. «Водород займет центральное место в энергетике на ближайшее десятилетие», — говорит Гривз. «Это дает нам возможность вернуть автомобили на топливных элементах на повестку дня, увеличить масштабы производства и снизить затраты на распространение».

Однако вопрос о том, смогут ли FCEV когда-либо вернуть себе тот импульс, который они уступили BEV, является ключевым.

Сыр будущего

Водородные топливные элементы производят электроэнергию путем химической реакции между водородом и кислородом, единственным побочным продуктом которой является вода. Однако, чтобы произвести водород без использования ископаемого топлива, необходимо произвести обратную реакцию, а для этого требуется много электроэнергии. В идеале это электричество поступает из возобновляемых источников, таких как ветер, иначе смысл FCEV теряется.

Аргумент BEV заключается в том, что вы экономите много энергии, помещая это чистое электричество прямо в батарею. Контраргумент FCEV заключается в том, что может не хватить батарей для хранения возобновляемой энергии, когда она вырабатывается; например, в ветреную ночь.

«Водород будет играть роль, схожую с сыром», — запомнилось выступление Сэ Хун Кима, главы центра топливных элементов Hyundai, в сентябре прошлого года. Его аналогия напомнила о кочевниках, которые сохраняли остатки молока в виде сыра, чтобы использовать его зимой. «Водород может преобразовывать избыток электроэнергии, получаемой от ветра или солнца, в [энергоемкий] водород, который можно хранить в огромных количествах», — сказал он. «Электричество — как молоко, водород — как сыр».

Британская фирма предлагает водородные автомобили для местных заправочных станций

Продажи FCEV в Великобритании не идут, потому что их производители пытаются продать нам не те модели, считает Хьюго Спауэрс, управляющий директор британской компании Riversimple, производящей водородные автомобили. «Toyota и Hyundai не продвигают свои водородные программы, потому что нет инфраструктуры», — сказал он Autocar. «Если вы строите междугородний лимузин, как Mirai, вам нужно 300 заправочных станций, чтобы создать надежный рынок для вашего автомобиля, тогда как если вы строите местный автомобиль, достаточно одной заправочной станции».

Rasa FCEV компании Riversimple, производство которого запланировано на 2024 год, представляет собой двухместный автомобиль в стиле купе с прогнозируемым запасом хода 300 миль, но это не дальний рейс. Вместо этого он предназначен для еженедельных заправок около одного местного водородного насоса.

Riversimple ведет переговоры с местными советами, независимыми розничными продавцами топлива и разработчиком водородного узла Element 2, чтобы выяснить, где лучше всего установить насосы и, следовательно, где продать первую партию Rasas. «Мы работаем над тем, чтобы определить восемь-десять мест запуска, чтобы сделать убедительное экономическое обоснование для заправки», — сказал Спауэрс.

«Мы поставим 100 автомобилей на этот рынок, и тогда у них будет 100 постоянных клиентов». Он надеется, что этот единственный насос затем привлечет местные водородные фургоны, автобусы и даже грузовики. «Концентрация спроса для всех этих компаний — это ключ к построению бизнес-кейса», — сказал он. «Абсолютно иллюзорно думать, что кто-то будет разворачивать общенациональную инфраструктуру в надежде, что транспортные средства появятся достаточно быстро, чтобы сделать ее прибыльной».

• Первая в России серийная система управления двухтопливным двигателем с функциональным разделением контроллеров
• В современном автомобиле строк кода больше чем…
• Бесплатные онлайн-курсы по Automotive, Aerospace, робототехнике и инженерии (50+)
• McKinsey: переосмысляем софт и архитектуру электроники в automotive