Проблемы водородных автомобилей
Водород остается достаточно опасным газом, который по многим причинам слишком неудобен в эксплуатации. Что касается автомобилей на этом топливе, то росту их производства и популярности мешают следующие объективные факторы:
- Дороговизна топливных элементов. Силовая установка отличается сложностью конструкции. В ней используется драгоценная платина. По оценкам BMW, водородный двигатель обходится в 10 раз дороже, чем электрический мотор с такими же параметрами.
- Сложность создания топлива. Как правило, водород получают путем расщепления воды, при этом требуется огромное количество электроэнергии. Электроэнергия, в свою очередь, зачастую вырабатывается на ТЭС, поэтому в целом такое производство нельзя назвать ни дешевым, ни экологичным.
- Отсутствие соответствующих заправок. На всей территории Великобритании имеется лишь 12 станций, в Калифорнии немногим больше – около 40.
- Высокая взрывоопасность. В той же Калифорнии случился взрыв на заводе по производству водорода, а в Южной Корее после аналогичного взрыва жители протестуют против строительства заправочных станций.
Для водородной силовой установки требуются литий-ионные элементы в огромных количествах: затраты на них в десятки раз превышают стоимость самого водорода.
Автомобили на водороде
В Европе уже ездит несколько сотен автомобилей на водороде. Их уже могло бы быть гораздо больше, но для них нужна инфраструктура – то есть заправочные водородные станции. Пока что их не хватает за немногими исключениями: например, Дания стала первой страной в мире с общенациональной сетью водородных заправок.
Поэтому в Евросоюзе в 2017 году запустили проект H2ME, который стал строить по всей Европе водородные станции. Заправить бак там можно за 3-5 минут, а затем проехать на этом топливе 400-600 километров. Пока таких заправок всего 50 в нескольких странах, но это только начало. Поэтому к 2027 году по Европе будут ездить уже сотни тысяч водородных автомобилей. А по прогнозам ReThink Energy, к 2040 году в Европе появится 17 миллионов автомобилей на водородных топливных элементах.
Начиная с 2035 года в странах Евросоюза больше нельзя будет купить автомобиль на бензине или дизеле – том топливе, которое выбрасывает в атмосферу парниковые газы. А к 2050 году в Европе вообще не останется «грязных» автомобилей. В первую очередь это будут электромобили, но и водородных будет достаточно. И не только автомобилей, но и легкого транспорта.
Так, во Франции изобрели скутер, работающий на водороде. Чтобы его заправить, нужно просто заменить разряженный картридж на заряженный и не зависеть от заправочной станции.
А еще французская компания Hopium разработала спортивный автомобиль на водородном топливе. Если все пойдет по плану, он сможет победить Tesla в гонке по снижению парниковых выбросов CO2. Французские спорткары выпустят в продажу в 2025 году, а пока что компания принимает предзаказы на первые 1000 автомобилей.
Действительно ли водород на столько опасен?
Наверное, после всего прочитанного Вы будете уважаемые читатели просто в шоке, что водород на столько опасен. И возможно никогда не захочете покупать себе водородный автомобиль, если в будущем у вас появится такая возможность(?).
На самом деле не все так уж и плохо. Поскольку газообразный водород чрезвычайно легок, то при утечке он быстро рассеется в самой атмосфере. Тогда ни какой гремучей смеси не получится и опасность взрыва будет сведена к минимуму.
Что касается опасности удушья, то мы ответим вам так: –такая проблема может случиться только в замкнутом пространстве, например в гараже. Если же утечка водорода произойдет на открытом воздухе, то его концентрация будет незначительной и небольшой, опасности для жизни она не представляет.
Поезда на водороде
С 2018 года в Германии можно сесть на первый в мире водородный поезд Coradia iLint. Он развивает скорость до 140 километров в час и может преодолеть почти тысячу километров без дозаправки – примерно столько же, сколько поезда на дизеле.
Пока что по Германии курсируют два водородных поезда. Разработчик этих поездов, французская компания Alstom, поначалу собиралась построить еще 14. Но поезда на водороде оказались настолько востребованными, что в 2020 году немецкие железнодорожные компании заказали уже 41 водородный поезд.
В Португалии тоже есть поезд на водороде, всего один, зато какой: винтажный Vouginha, на котором летом можно прокатиться в Порту. Этот исторический поезд ходит по последней оставшейся в Португалии узкоколейной железной дороге, а его вагоны сохранились с 1908 года.
Если ли место для России в водородном будущем
«Основные водородные технологии находятся в начале кривой обучения (это линия, которая показывает рост совершенства технологии и уменьшение её стоимости по мере распространения и масштабирования. — Прим. «Секрета»), — говорит Юрий Мельников. — Применяются они в ограниченных масштабах, и потому дороги. Ключом к их удешевлению является глобальное масштабирование технологий — в сотни, тысячи раз — и здесь важна роль мер поддержки со стороны государств».
Вообще водород можно производить почти везде. Надежды на экспорт связаны с ожиданиями, что производимый в стране «безуглеродный» водород будет настолько дёшев, что его будет выгодно продавать в другой стране за сотни и тысячи километров от места производства, объяснил Юрий Мельников.
«Добиться такой конкурентоспособности будет непросто: ресурсы для производства водорода действительно распределены по планете равномерно, а логистические решения пока находятся на очень ранней стадии развития», — добавил эксперт «Сколково».
Где в Европе производят водород?
Пять стран Евросоюза делают серьезную ставку на производство водородной энергии: это Германия, Италия, Португалия, Испания и Франция.
Например, Германия к 2030 году собирается делать восьмую часть всего водорода в Евросоюзе. В Германии же через два года появится крупнейший в мире хаб для хранения «зеленого» водородного топлива.
А Испания хочет сделать водород главным источником энергии к 2050 году – и это позволит стране на 100% сократить выбросы углекислого газа. Через 9 лет Испания собирается производить 10% от общего объема в ЕС.
И прежде всего водород в Испании собираются использовать как транспортное топливо. В 2030 году в стране на водороде будут ездить 5 тысяч частных автомобилей, 150 автобусов и поезда на двух железнодорожных маршрутах. Причем не меньше 25% этого экологичного топлива должно приходиться на «зеленый» водород – выработанный без использования углеродных источников вроде нефти.
Исключительно «зеленый» водород будут делать на Майорке: этот испанский остров станет первым центром водородной энергетики в Средиземном море. Там будут тестировать инновационные подходы к производству «зеленого» водорода, и найденные решения потом можно будет применить и на других средиземноморских островах.
Чем больше водород будет заменять собой неэкологичное топливо, тем ближе Евросоюз окажется к своей цели сделать свою территорию климатически нейтральной.
Россия тоже решила не отставать от глобального тренда. Летом прошлого года Минэнерго разработало дорожную карту «Развитие водородной энергетики в России»: в частности, в 2024 году Газпром и Росатом начнут производить «зеленый» водород.
Когда водород лучше электричества
Тем не менее, ведущие разработчики водородных авто не теряют энтузиазма. По их мнению, водород отлично подойдет для коммерческих и грузовых автомобилей, которым необходим большой запас хода, а ночью они возвращаются на одну и ту же заправочную станцию. Считается, что в этой нише электрокары не смогут стать серьезными конкурентами (если речь идет о полном отказе от двигателей внутреннего сгорания).
В Toyota заявляют, что третье поколение Mirai получит достаточно дешевые топливные элементы, так что использовать подобные машины будет не так затратно. Время покажет, оправдается ли потенциал машин на водороде.
Современный водород не нужен экономике будущего
Есть несколько способов получить водород. Первый — переработать углеводородное сырьё (природный газ или уголь). Это энергоёмкий процесс, при котором выделяется значительное количество углекислого газа — основного парникового газа, вызывающего изменение климата. Полученный таким методом водород нельзя считать экологичным, поэтому его называют «серым».
Есть «зелёный» водород — его получают электролизом воды (разложения вещества на составные части под воздействием тока). Если электричество для этого процесса вырабатывают из возобновляемых источников, такое производство считается безвредным для природы. Когда говорят о водороде как о топливе будущего — имеют в виду именно его. Промежуточный вариант — «голубой», когда при производстве «серого» водорода улавливают углекислый газ.
«Водород, произведённый с минимальными выбросами парниковых газов (“зеленый” или “голубой”), становится несравненно лучшим энергоносителем по сравнению с нефтью или газом — по критерию влияния на глобальные климатические изменения, по “углеродному следу”, — говорит старший аналитик Центра энергетики Московской школы управления Сколково Юрий Мельников. — Природный газ и нефть по своей природе не могут сравниться с водородом по этому показателю — при их добыче, транспортировке и использовании непрерывно выделяются парниковые газы (метан, СО2), и свести все эти выбросы к нулю невозможно».
И наконец последними, возглавляющими наш список минусов водородных технологий являются: — смертельные опасности, связанные с жидким и газообразным водородом.
Возглавляет окончательный список проблем — само возгорание водорода. В присутствии окислителя, т.е. кислорода, водород может сам по-себе просто загореться. Иногда такое возгорание происходит в виде взрыва. Согласно проведенным исследованиям было установлено, что для воспламенения водорода достаточно всего одной 10(десятой) частички энергии, что требуется для воспламенения бензина. Проще говоря можно сказать, что достаточно всего маленькой искры от статического электричества, чтобы этот гремучий газ вспыхнул.
Еще одна проблема кроется в том, что это пламя водорода почти невидимо. При возгорании водорода пламя настолько тускло, что с ним не так-то просто бороться (справиться).
Это интересно: 5 «зеленых» технологий из-за которых мы не понимаем, почему бензин до сих пор так популярен
А вот друзья еще одно летальное свойство водорода: -он может привести к удушью. H2 конечно не ядовит, но, если вы начнете дышать чистым водородом, то можете просто задохнуться и все потому, что будете просто-напросто лишены обычного кислорода. И хуже того, распознать, что концентрация водорода в воздухе очень высока просто невозможно, так как он совсем невидим и не имеет запаха, так же как и сам кислород.
И наконец последняя причина. Как и любой сжиженный газ водород имеет очень низкую температуру. При утечке из бака и непосредственным контактом с открытыми участками тела человека, он может привести к серьезному обморожению.
Самолеты на водороде
Это пока дело будущего, но уже сейчас идут активные разработки водородных самолетов. Например, во Франции европейская компания Airbus создала три прототипа коммерческого самолета на водороде. Конструкция одного из них позволяет безопасно хранить водородное топливо, поэтому такой самолет сможет поднять в воздух до 200 человек для перелета на 3,7 тысячи километров — в отличие от двух других моделей, рассчитанных на 100 пассажиров при той же дальности маршрута.
Конструкторы того же Airbus разработали съемный водородный двигатель для самолетов, который позволит не зависеть от наземной инфраструктуры. Водородное топливо в него не закачивается, а устанавливается в переносных капсулах. Поэтому самолеты с такими двигателями смогут заправляться в аэропортах без устройств для подачи водородного топлива.
В прошлом году Евросоюз объявил новую инициативу RefuelEU: поиск решений для экологически чистой авиации. Теперь перед Евросоюзом стоит задача перевести до 1-2% европейских самолетов на «зеленое» топливо, в том числе на водород.
На базе «ГАЗели NEXT» разрабатываются водородные автомобили
15.07.2021
|
Главные новости
В Германии будет запущен в эксплуатацию водородный электромобиль на базе «ГАЗели NEXT». Проект реализуется совместно с немецким партнером «Группы ГАЗ» – компанией ElektrofahrzeugeStuttgart (EFA-S) – в рамках программы района Эсслинген «Экологически чистый транспорт для дорожно-транспортного управления».
Водородный электромобиль создается на шасси «ГАЗель NEXT» полной массой 4,6 т с двухрядной кабиной.
Автомобили ГАЗ будут оборудованы топливными элементами, системой хранения и подачи водорода, тяговыми батареями и электродвигателем. Основное преимущество водородного электромобиля по сравнению с электромобилем без топливных элементов – увеличенный с 200 до 500 км запас хода.
Планируется, что первые образцы водородных электромобилей на базе «ГАЗели NEXT» в ближайшие месяцы пройдут необходимые испытания и сертификацию в Европе и с первого полугодия 2022 года начнут эксплуатироваться в дорожно-строительном хозяйстве района Эсслинген. Производство водородных машин на базе «ГАЗели NEXT» будет вестись в Германии.
«Группа ГАЗ» ведет сотрудничество с компанией EFA-S с 2019 года. В рамках совместного проекта в Германии был организован выпуск электромобилей на базе грузовиков, фургонов и автобусов «ГАЗель NEXT». С созданием водородной версии на базе «ГАЗели NEXT» потребителям в Германии будет предложена линейка коммерческих электромобилей, доступных к заказу с энергопитанием от тяговых батарей или от топливных элементов.
Бастиан Бойтель, генеральный директор компании EFA-S:
– Автомобили ГАЗ отличаются своей долговечностью, высокой функциональностью и низкой стоимостью владения и подтверждают эти качества в ходе эксплуатации у наших заказчиков в Германии. Все электромобили «ГАЗель NEXT» серии E35 имеют дальность автономного хода в 200 км, что вполне достаточно для применения в самых различных целях. Однако в перспективе рынку нужны легкие коммерческие автомобили с запасом хода от 300 до 500 км для обеспечения требуемой гибкости эксплуатации. В связи с этим возникает многообещающая ниша для коммерческих автомобилей на топливных элементах.
Леонид Долгов, директор по экспорту «Группы ГАЗ»:
– Мы рады сотрудничеству с компанией EFA-S. Два года назад были запущены в эксплуатацию первые электрические автомобили «ГАЗель NEXT», которые сегодня работают в дорожных и коммунальных муниципальных службах, на предприятиях малого и среднего бизнеса в Берлине, Штутгарте и других городах Германии. А скоро в Германии будут ездить первые «ГАЗели» на водороде. Этот проект позволит расширить линейку техники ГАЗ и наши экспортные возможности.
«Группа ГАЗ» продолжает развитие линейки электротранспорта. Сегодня компания серийно выпускает на Ликинском автобусном заводе электрические автобусы большого класса, создала линейку электромобилей и электробусов малого класса GAZellee-NN, ведет разработку электрических версий автобусов среднего и особо большого классов, среднетоннажных грузовиков. Таким образом, уже скоро ГАЗ предложит весь диапазон городской техники на электротяге.
Общественный транспорт на водороде
В европейских городах на маршруты начинает выходить водородный общественный транспорт – хотя и только в пилотном режиме.
Например, в Эстонии появились беспилотные микроавтобусы на водородном топливе, а по Риге ездят 10 троллейбусов, которые используют водород на случай отключения электричества или поломки. Такой троллейбус курсирует без дозаправки весь день, только к вечеру заезжая на пока что единственную в Риге заправочную станцию (на ней заправляются и частные авто).
Есть в Риге и водородный автобус – пока он ходит по одному маршруту в тестовом режиме: нужно оценить, сколько топлива ему понадобится зимой, когда потребуется отапливать салон. Через два года в Риге уже 12 автобусов будут ездить на водороде.
А в Копенгагене появились «водородные» такси. Таксопарк, правда, пока что небольшой — всего на 20 автомобилей.
Коммунальная техника тоже начала переходить на водород. Например, во Фрайбурге (Германия) появились два водородных мусоровоза.
Как делают экологичное водородное топливо
Это топливо получают из воды. С помощью электричества ее расщепляют на основные элементы – водород и кислород. Если использовать для производства водорода альтернативную энергию (например, из солнца или ветра), то водород становится «зеленым» от и до: не только его использование, но и само производство не выбросит в атмосферу ни единого кубического миллиметра СО2.
Водород внутри транспортного средства превращается в электричество, которое и служит собственно топливом (как у электрокаров). А при сжигании водорода в атмосферу попадает только водяной пар.
В отличие от электроэнергии, водород можно хранить и использовать по мере необходимости. А кроме того, его производство не зависит от погодных условий, как энергия ветра или солнца.
Газ из газа
— Насколько Россия готова к серьезному производству водорода в том числе на экспорт? И насколько она готова реализовывать свои научно-технологические заделы, которые, как вы говорите, у нас есть?
— Если вы посмотрите водородные стратегии Европы до 2050 года, то увидите, что в них на этот период заложены только пятьдесят процентов «зеленого» водорода, а пятьдесят процентов — «голубого». То есть половина всего потребляемого водорода будет получаться из углеводородов. Нам это выгодно, все-таки мы углеводородная держава. Но нужна логистика. К сожалению, основная стоимость водорода лежит не столько в его производстве, сколько в транспортировке. Потребуется огромная система газопроводов, хотя некоторые из существующих у нас трубопроводов уже сейчас пригодны для транспортировки водорода. Например, «Северный поток — 2»: можно просто подключать на входе водород и качать его прямо в Германию. И это самый дешевый способ передачи водорода. То есть у нас уже есть трубопроводы в Азию и Европу — туда, где водородные программы развиваются, и, на мой взгляд, преимущества наши очевидны: дешевые углеводороды и самый дешевый трубопроводный способ поставки водорода в эти страны.
— То есть на данном этапе, на ваш взгляд, самое перспективное производство водорода — из природного газа?
— Да. До 2050 года мы обеспечены потребителями такого водорода, если успеем встроиться в цепочку поставок. Но понятно, что после 2050-го доля такого водорода будет падать и падать, пока «зеленый» водород не займет все сто процентов потребления, это для меня очевидно. Эта программа точно будет выполнена, и нам нужно уже сегодня искать способы производства «зеленого» водорода. Источником электричества для такого производства у нас может стать малая гидроэнергетика, которая, в отличие от большой, считается «зеленой», потому что не нарушает биобаланс. Во-вторых, у нас в России много мест, где может активно использоваться солнечная и ветровая электроэнергия. При правильном планировании мы можем у себя потихоньку замещать наш «голубой» водород на «зеленый». У нас на это есть тридцать лет.
— А у нас есть серьезные компании, которые занимаются этой технологией?
— Сейчас пытается эти компетенции у себя собрать «Росатом». У них есть на это специальная программа. Там нет уже большой науки — научные основы получения водорода более или менее разработаны. там нужно отработать технологии.
Я не могу не сказать и о последнем нашем собственном проекте: мы собственными силами с одной небольшой компанией «Поликом», расположенной у нас же в Черноголовке, делаем первую российскую заправку с электролизером внутри. Сейчас идут испытания электролизера. А одна немецкая фирма по нашему техзаданию сделала заправочный блок, чтобы, взяв от этого электролизера водород, можно было сразу заправить, например, автомобиль или другую технику.
Я участвую в заседаниях Немецкого энергетического общества, и на них говорят, что примерно к 2030 году в Германии сумеют произвести всего четырнадцать тераватт-часов энергии в водороде, а им нужно по плану девяносто. Чувствуете разницу? Германия честно говорит, что сама не может стать производителем водорода, поэтому выделяет огромные деньги на развитие водородных технологий в странах, которые могут экспортировать водород, — на воспитание будущих экспортеров водорода.
Электрический самолет создан на платформе «Сигма-4» с энергетической установкой на водородных топливных элементах
Авиару.рф
Давайте рассмотрим некоторые из причин, в том числе серьезные опасности, которые могут быть связаны с водородной энергетикой.
Первый минус. -Да, это правда, водород самый распространенный элемент во всей Вселенной, однако на самой Земле в чистом виде газообразный водород найти сегодня практически невозможно. Этот газ необычайно легок. Поэтому в чистом виде он очень быстро (почти моментально) поднимается к верхним слоям атмосферы и уходит дальше в безвоздушное пространство.
В подавляющем большинстве случаев атомы водорода связаны с другими типами атомов в разнообразные молекулы, которые образуют после этого различные вещества. Вот например, H2O, более известная нам всем, как вода, или тот же СН4, также известный, как метан, оба эти элемента содержат в себе молекулы водорода.
Поэтому получается, прежде чем водород может быть использован в качестве альтернативного топлива, он сначала должен быть извлечен из этих самых веществ, а затем уже переведен в особое состояние, то есть как правило, в тот самый сжиженный и необходимый нам вид.
На все эти действия потребуются очень большие затраты энергии, а значит и коллосальные материальные средства. К примеру, для извлечения H2 (водорода) из воды с помощью электролиза требуется большое количество электроэнергии, что на данный момент просто нерентабельно. По разным подсчетам стоимость 1 литра сжиженного водорода составляет примерно от $2 долларов и до 8 Евро, в зависимости от способа его добычи.
Следующим звеном в цепочке под номером два идет: -отсутствие развитой структурной сети самих водородных заправок. Стоимость оборудования для таких заправочных станций в разы выше, чем у обычной АЗС. Существует различные проекты для водородозаправляющих станций, как от классических АЗС, так и до частных минизаправок. При сегодняшнем развитии смежных технологий все эти проекты чрезвычайно дороги и относительно опасны.
Развитие сети водородных заправок дело будущих десятилетий. Именно столько должно пройти времени, чтобы стоимость их постройки была целесообразной.
Существуют ли опасности, которые связаны с наличием большого количества чистого водорода скопившегося в одном месте? Безусловно существует. Когда жидкий водород хранится в резервуарах, это безопасно, но стоит ему просочится в окружающую среду, как он моментально превращается в гремучую смесь (гремучий газ).
В плюсах мы уже отметили, что водородом можно заправлять автомобили с обычным двигателем внутреннего сгорания (в домашних условиях не повторять! ОПАСНО!!!), но однако, этот обычный двигатель проработает на чистом водороде не долго. Он быстро сломается. При сгорании водородной смеси выделяется большее количество тепла, чем при сгорании того же бензина, а это может привести под высокими нагрузками к перегреву клапанов и поршней двигателя. Помимо этого ,под воздействием высоких температур H2 (водород) может влиять на саму смазку в двигателе и на материалы из которых сделан мотор, что непременно приведет к повышенному износу рабочих частей агрегата.
Отсюда мы делаем неутешительный вывод: -без очень дорогостоящей модернизации ДВС, которая должна приспособить мотор к работе на этом виде горючего, использование водорода как топлива не приведет к ожидаемому результату.
А пока все построенные объекты для заправки автомобилей водородом скорее всего используются в качестве рекламного хода и для демонстрации возможностей будущего.
Топливные ячейки стоят на третьей позиции в качестве минусов. Эти вроде безопасные элементы тоже не избежали тернистого пути метода проб и ошибок. Как и с теми же заправочными станциями и с теми же двигателями ДВС, все упирается именно в стоимость применяемых на данный момент технологий.
Приведем один пример. В качестве катализатора в этих топливных элементах используется на данный момент платина. А теперь представляете друзья стоимость такой детали?!
Некоторые технологии для ДВС настолько дороги, что проще купить жене платиновое кольцо с бриллиантом, чем заменить сломавшуюся деталь в водородном автомобиле.
Хорошая новость в этом достаточно дорогом деле заключается в том, что ученные непрерывно день-изо-дня ищут замену этому драгоценному металлу. Разрабатываются все новые технологии, проходят тестирования новые современные материалы. В конечном итоге ученые надеются, что «топливные элементы будущего» могут существенно снизить себестоимость сегодняшних элементов в 1000 раз и более.
