Альтернативные альтернативным: почему Toyota, Nissan и Honda делают ставку на водородные автомобили

Или чем им не угодили традиционные электрокары

В июле Toyota, Nissan и Honda сообщили, что готовы финансово поддерживать развитие национальной инфраструктуры для водородных автомобилей. Автогиганты собираются покрывать треть расходов (до $90 000) на открытие каждой конкретной водородной АЗС. Всего в рамках программы, расписанной до 2020 года, они планируют потратить до $50 млн. Сейчас в Японии действуют не более 30 водородных заправочных станций. Они расположены вблизи Токио, Нагойи, Осаки, а также на некоторых автобанах. До конца года планируется открыть еще сотню таких станций.

По современным меркам альтернативного транспорта автомобили на водороде – что-то из области научной фантастики. Такие автомобили возможны теоретически и практически, некоторые из проектов даже пошли в серию, но пока куда дешевле и проще выпускать «традиционные альтернативные машины». То есть электрокары с литий-ионными тяговыми батареями, которые сейчас есть в модельном ряду почти каждого крупного автопроизводителя.
По прогнозам экспертов Международного энергетического агентства IEA, к 2020 году цена литий-ионных батарей упадет в 2,8 раз – до $175 за 1 кВт*ч емкости. Когда аккумуляторы подешевеют до $150 за кВт*ч, электромобили сравняются в цене с обычными машинами. Постепенный отказ от двигателей внутреннего сгорания – вопрос самого ближайшего будущего. Тогда к чему все эти японские игры в водородные машинки?
На то есть две причины. Первая касается изменения правил игры в автопроме. Революционер и романтик от бизнеса, а по совместительству глава Tesla Motors Илон Маск продвигает новую идею взаимоотношений человека и его автомобиля.
Во-первых, продажи должны осуществляться напрямую, от производителя к клиенту, без участия дилера. Во-вторых, компания Tesla активно продвигает идею минимально зависимого от городской сети дома. Недавно выпущенная домашняя батарея Tesla Powerwall в тандеме с солнечными панелями позволяет крайне скромно закупать у поставщика электроэнергии киловатт-часы. Уже сейчас житель солнечной Калифорнии теоретически может полностью отключиться от сети и сам производить электричество, в том числе для зарядки своего электрокара. Просто это пока стоит немалых денег.

Что касается водородных технологий в автопроме, Маск неоднократно отзывался о них крайне критически: «Автомобили на водородных топливных элементах – это полная чушь. Производить водород, транспортировать его и использовать в автомобиле – чрезвычайно сложная и затратная задача. Водород в данном случае не является источником энергии, а лишь посредником для ее передачи, так что непонятно, зачем это делать. Ведь можно просто поставить солнечную панель, подключить ее к электромобилю и зарядить его батарею напрямую».
Идеи Маска очень нравятся рядовым потребителям. Но современных игроков авторынка идеальный новый мир без автосалонов и привычных заправок вряд ли устроит. Потому-то автогиганты Honda, Toyota и Nissan и включились так активно в развитие водородного топлива еще на стадии зарождения системы. Для них это шанс сделать то, что не удавалось осуществить в XX веке: контролировать и производство автомобилей, и продажу топлива для них.
Вторая причина пристального внимания к авто на водороде – проблема ресурсов. В отличие от нефти, которая скоро закончится, водород – ресурс возобновляемый. Он практически не встречается в чистой форме в природе, но может быть произведен из других широко распространенных на планете Земля веществ. Например, из воды.
Существует около десятка промышленных способов получения водорода: паровая конверсия (из метана и других газов, самый дешевый на данный момент способ), газификация угля (необходимо сырье: уголь, торф, дрова), пиролиз, частичное окисление, биотехнологический метод (используются водоросли), электролиз воды. Последний способ – самый простой, но не самый дешевый и низкоэффективный. Грубо говоря, это пропускание через воду электрического тока и расщепление ее на кислород и водород. В топливных элементах Toyota Mirai водород соединяется с кислородом из атмосферы, на выходе получаются электрический ток и вода.

Как и в случае с нефтью, запасы лития, используемого для производства литий-ионных тяговых батарей электромобилей, также не безграничны. Разведанные мировые запасы этого химически активного металла составляют 13 млн тонн. Это немало. Но если все человечество разом начнет пересаживаться на электрокары, не отказывая себе в ноутбуках, смартфонах и других гаджетах, в которых используются литий-ионные аккумуляторы, рано или поздно наступит «литиевый кризис».
Японцы в лице Toyota, Nissan и Honda смотрят на несколько шагов вперед, предлагая транспорт на действительно неисчерпаемом и экологически чистом топливе.

За чистое будущее

Электромобили были изобретены еще в середине XIX века, но только сейчас становятся массовыми. Причины нужно искать не в истощении запасов нефти, а в законах, продвигаемых в развитых обществах. Правительства США, Японии, Франции, Германии и других стран постоянно ужесточают нормы содержания вредных веществ в выхлопах автомобилей. Так, в 2001 году средний расход бензина новой легковушки, продаваемой в Штатах, составлял 9,6 л/100 км. Сейчас он колеблется в районе 7,4 л на «сотню», а к 2025 году не должен превышать 4,3 л/100 км. Евросоюз не отстает от США: к 2025 году средние выбросы СО2 на транспорте должны составлять 68–78 г/км. Для справки: сейчас средний европейский автомобиль отдает атмосфере 123 г углекислого газа на 1 км.
Одновременно развитые страны стимулируют покупку экологически чистых электромобилей, предоставляя прямые субсидии на покупку либо снижая налоги. Так, В США за покупку электрокара правительство предоставляет налоговые гранты на сумму от $2500 до 7500. В Норвегии электромобили освобождены от уплаты НДС и разового регистрационного налога, который в этой стране очень высок. Благодаря такому комплексу мер мировые продажи электромобилей ежегодно как минимум удваиваются. В 2011 году было продано 45 000 автомобилей на электротяге, в 2013-м – уже больше 200 000.
Водородные автомобили к этим процессам имеют непосредственное отношение: ведь это те же электрокары, у которых вместо литий-ионной батареи – бак с водородом и топливные элементы для производства электричества. Водородную машину было бы правильнее назвать «автомобилем с топливными элементами» (FCV – Fuel Cell Vehicle). Это транспортное средство приводит в движение электромотор, который получает электроэнергию вследствие химической реакции в специальных генераторах – топливных элементах. Их пакуют в единый и довольно компактный блок, который на входе получает сжатый водород и воздух из атмосферы и отдает на выходе электричество и обычную воду.

Водородный первенец

Единственный на данный момент серийный автомобиль с топливными элементами – Toyota Mirai. В конце прошлого года его начали продавать за солидные $57 400 в Японии, в ближайшее время Mirai выйдет на рынки США, Канады и Европы. Этот сопоставимый по размерам с Toyota Camry седан скомпонован так: электромотор и контроллер – на передней оси, за ним – блок топливных ячеек с конвертером, под пассажирским диваном и в багажнике – два бака с водородом и небольшая литий-ионная батарея, необходимая для рекуперативного торможения. Все эти элементы установлены максимально низко, что гарантирует достаточно много места в салоне.

Чтобы Mirai ездил, его нужно заправлять как и обычное авто. Только не бензином, а сжатым водородом. Процесс заправки занимает несколько минут, а не минимум полчаса-час, как у современных электрокаров. Запас хода водородного автомобиля – более 500 км на одном баке, что лучше, чем у самого навороченного электрокара современности Tesla Model S (около 430 км). Электромобили попроще проезжают на одной зарядке около 200 км.
На данный момент большой запас хода и быстрое время заправки – единственные преимущества водородных электромобилей перед традиционными электрокарами на литий-ионных аккумуляторах. Потери электроэнергии в связке «электросеть – зарядное устройство – литий-ионный аккумулятор – электромобиль» составляют не более 15%. В случае с водородным автомобилем потери энергии (электролиз воды, сжатие водорода, его транспортировка, производство электроэнергии в топливных ячейках) достигают немыслимых 60%.
Для производства 1 кг сжатого водорода (по объему он равнозначен 1 галлону, либо же 3,8 л) путем электролиза воды нужно потратить от 50 до 80 кВт*ч электроэнергии. КПД процесса на данный момент – не более 70%. Два бака Toyota Mirai рассчитаны на 5 галлонов водорода, соответственно, на преодоление каждых 100 км пути нужно «вложить» минимум 50 кВт*ч электроэнергии. Это значительно больше, чем средние 20 кВт*ч на «сотню» у Tesla Model S.
Хранение и транспортировка сжатого водорода – также непростая и затратная задача. Это топливо перевозят цистернами, выдерживающими давление до 690 атмосфер (для сравнения: популярный на наших АЗС пропан-бутан транспортируют под давлением 16 атмосфер). Водород – крайне взрывоопасное вещество, поэтому чтобы открыть водородную АЗС или выпустить на рынок автомобиль на топливных ячейках, нужно вложить намного больше средств, чем в случае с электрокаром на литий-ионных батареях.

Инвестиции Toyota, Nissan и Honda в инфраструктуру для водородных автомобилей говорят о том, что они все же видят в таких машинах будущее. Точнее – источник прибыли. Сейчас галлон водорода на американской АЗС стоит около $10. Средняя цена бензина по Штатам – $2,8 за галлон. В переводе на обычный 95-й Mirai потребляет примерно 13 л/100 км, что вполне адекватно как для массивного седана. Экологи спокойны, ведь Mirai не вредит окружающей среде. Японские автогиганты рады, ведь их автомобили все так же требуют регулярных финансовых вливаний в виде заправки. На контролируемых ими АЗС.
По данным ресурса H2Stations.org, в мире действуют или вот-вот должны быть запущены более 600 водородных заправочных станций. Они установлены в США, Западной Европе, Китае и Японии. Это пока чересчур много как для единственного серийного пассажирского автомобиля на топливных элементах Toyota Mirai. Но уже скоро у него могут появиться конкуренты: концепты подобных транспортных средств есть у Honda, Nissan, Volkswagen, Mercedes-Benz и других крупных производителей.

источник