факт, что любители электромобилей на аккумуляторах зачастую терпеть не могут водород. Эта тема вызывает такие же яростные споры среди людей, у которых в целом одинаковые цели, как и вопрос, что лучше: ядерная энергетика или возобновляемые источники энергии. Мне это напоминает известную сцену из фильма «Житие Брайана по Монти Пайтону». Незадачливый Брайан по ошибке принимает сторонников Народного фронта Иудеи, выступающих против римлян, за сторонников Иудейского народного фронта. Рег, глава Народного фронта, недоволен: «Больше, чем римлян, мы ненавидим только идиотов из Иудейского народного фронта».
Даже Илон Маск скептически относится к водороду. Обычно он говорит что-то в таком духе: «Я считаю, что водородные топливные элементы – глупая затея… Производить водород и хранить его в автомобиле крайне сложно. Водород – механизм сохранения энергии, а не ее источник. Водород нужно откуда-то получать. Если пытаться получить его из воды, то замечу, что электролиз как энергетический процесс очень неэффективен».
Маск на этом не останавливается: «Водород имеет низкую плотность, это разрушительная молекула. Она распространяется повсюду. Из-за водорода металл становится более ломким. Случаются утечки водорода, которые невозможно заметить, ведь этот газ без цвета и запаха. Он очень легко воспламеняется, но пламя тоже бесцветное. Если выбирать механизм накопления энергии, то отдавать предпочтение водороду – идиотское решение». В интернете часто встречается диаграмма, которая объясняет позицию Маска. Если принять во внимание, что водород производится путем электролиза, то электромобили действительно оказываются гораздо более эффективными. В электромобилях сохраняется 69 % первоначальной энергии, а в машинах на водородном топливе – всего 19 %.
Водород против аккумуляторов. На что тратится энергия.
В дополнение к вопросам эффективности, безопасности и транспорта существует проблема нехватки инфраструктуры водородной энергетики. К примеру, в Великобритании работают лишь девять водородных заправочных станций, и все они расположены недалеко от Лондона. Кроме того, сами по себе топливные элементы очень дорогие, а большая часть водорода в мире производится не из возобновляемых источников энергии или путем электролиза, а из природного газа. Этот процесс называется конверсией.
В ходе конверсии газ подвергается воздействию горячего пара, из-за чего распадается на монооксид углерода и водород. Затем монооксид углерода вступает в реакцию с водой, благодаря чему отделяются дополнительный водород и углекислый газ. Очевидно, что этот процесс негативно сказывается на попытках сократить выбросы CO2.
С другой стороны, если судить по весу, водороду нет равных по удельной энергоемкости, а еще он везде – в воде. Часть крупнейших игроков автомобильной отрасли считает, что все трудности, связанные с водородом, можно преодолеть, и как только это произойдет, у водорода появятся все предпосылки стать топливом, которое удовлетворит потребности человечества в устойчиво развивающемся транспорте. В компаниях Toyota, Hyundai и Honda поддерживают эту технологию, а в Daimler решили вернуться к ней после перерыва.
Среди производителей автомобилей давним сторонником водорода считается Toyota. В ней эксперименты по разработке автомобилей на водородном топливе начались еще в 1992 году, и с тех пор специалисты работают над устранением недостатков. C гибридами в компании проявили дальновидность. Существует мнение, что от разработки технологии для автомобилей до ее выхода на массовый потребительский рынок проходит 40 лет. Ситуация напоминает соревнование черепахи и зайца из одноименной басни Эзопа. Маск стремительно вышел на рынок с моделями на аккумуляторах. Toyota же действует медленнее, выбрав планомерный подход. На первый взгляд может показаться, что компания плетется позади, но в будущем она способна занять доминирующую позицию и добиться лучших результатов.
Я поговорил с Джоном Хантом, главой направления по разработке альтернативного топлива в британском подразделении Toyota. Он отметил, что компания уже долгое время ищет аккумуляторы с высокой удельной энергоемкостью. Это началось еще до производства машин, в те дни, когда Toyota выпускала ткацкие станки.
«В 1920-е годы Сакити Тоёда, дедушка компании, полагал, что электрификация – лучшее усовершенствование станка. Он объявил, что заплатит вознаграждение в 1 миллион йен тому, кто изобретет батарею с такой энергоемкостью, что она сможет стать заменой бензину. Никто не справился с этой задачей. Химические реакции в аккумуляторе протекают таким образом, что невозможно получить то же количество энергии, что и из литра бензина или дизеля».
Хотя Toyota производит электромобили, в компании все же сосредоточили усилия на гибридной технологии. Исследование водородных топливных элементов отделилось именно от этого направления. Топливо напрямую питает электродвигатель, а аккумуляторы или суперконденсаторы сохраняют энергию при снижение скорости и выделяют ее при ускорении. Фактически специалисты Toyota объединили гибридную трансмиссию с топливным элементом. Первым серийным автомобилем стала модель Mirai, выпущенная в 2015 году в ограниченном количестве. В переводе с японского название означает «будущее».
Существуют разные типы водородных топливных элементов, применяемых в производстве машин. Toyota использует элементы с протонообменными мембранами, потому что они легче остальных, но им требуются ценные металлы, чтобы те выступили в качестве катализатора (в данном случае снова платина). Конструкцию усовершенствовали таким образом, что ее практически не надо обслуживать. Исключение – периодическая замена фильтра и долив воды. В компании постепенно уменьшают количество необходимой платины. Сейчас оно лишь немного превышает тот объем, который используется в выхлопной системе обычных машин. К тому же платину можно перерабатывать. Mercedes и Hyundai применяют более современные типы топливных элементов с пониженным содержанием платины, а также они тратят значительные усилия на поиск альтернатив в виде неблагородных металлов.
Однако самая большая проблема с водородом связана совсем не с топливными элементами, а с накоплением топлива. Водород обладает необычным свойством: он способен растворяться в металлах, из-за чего создает сложности разного рода. Металл становится более ломким, а это значит, что топливные баки придется делать гораздо прочнее, что скажется на их стоимости. Более того, их придется часто заменять, так как сжатие и расширение водорода во время заправки и использования вызывают расширение и сжатие металла.
Специалисты Toyota нашли решение: бак из углеродного волокна с негорючим стеклянным покрытием, который мог бы беспрепятственно сжиматься и расширяться. Такой бак мало весит и не требует больших затрат при производстве.
Чтобы решить проблему с безопасностью при заправке водородом, Toyota поспособствовала разработке международного стандарта при помощи универсального заправочного пистолета, который подает топливо под высоким давлением, и стандартизированного соединительного элемента. Это заметно отличается от огромного количества разных разъемов и вилок, которые усложняют жизнь владельцам электромобилей. Топливо тоже стандартное, у электричества же разное напряжение и разный объем выработки по странам.
Когда я ехал за рулем Mirai, машина показалась мне на удивление обычной. По ощущениям она напоминает качественный электромобиль. Mirai ездит бесшумно, плавно ускоряется, а разгон до 100 км/ч,