Перспективы водородного транспорта обсуждают уже не первый год, что не удивительно. Переход на такой вид топлива позволит сократить вредные выбросы, а также снизить потребление полезных ископаемых, запасы которых ограничены. Сегодня разработками в этой области занимаются и в России. Например, в этом году специалисты ведущего научно-инжинирингового центра транспортной индустрии России НАМИ представили водородный автомобиль NAMI Hydrogen. В чем его особенности и какие научно-технические решения легли в основу проекта, рассказываем вместе с экспертом, исполнительным директором по информационным и интеллектуальным системам НАМИ Денисом Ендачевым.
Как все началось
Хотя о водородных технологиях чаще говорят в контексте инноваций, на самом деле у таких разработок давняя история.
Однако со временем интерес к водородным технологиям угасал, а основным источником топлива стали бензин и дизель. Хотя в истории случались события, когда к водороду обращались, но такой переход чаще оказывался вынужденным. Например, в 1941 году в Ленинграде в период блокады военный техник Борис Шелищ придумал, как в условиях нехватки бензина переоборудовать грузовики ГАЗ-АА, предложив для этого использовать двигатели на водороде после его использования в аэростатах.
«Несколько водородных микроавтобусов обслуживали Олимпийскую деревню в 1980 году во время Олимпиады. Так что уже в то время были понятны перспективы использования водородного топлива», — рассказывает Денис Ендачев.
Идея о создании водородного автомобиля на базе современной модели, седане AURUS Senat, появилась с запуском Единой Модульной Платформы (ЕМП) — разработанной в научно-инжиниринговом центре транспортной индустрии России НАМИ модульной платформы для российских автомобилей класса люкс.
«Она позволяет создать и электрический, и водородный автомобили. Мы решили остановиться вначале именно на водородном варианте в связи с тем, что при объективных преимуществах электромобилей, он лишен их главного минуса: долгая и сложная зарядка», — отмечает эксперт.
Остается только вода
Что представляет собой такой автомобиль? По сути, это уже знакомый нам электрический транспорт. Главное отличие в том, что он оснащен водородным электрохимическим генератором, питающим батарею. В топливный элемент входят анод, катод и разделяющие их мембраны. Водород поступает в устройство из системы хранения, а кислород — из атмосферы через воздухозаборники.
Во время работы топливного элемента водород распадается на протон и электрон. Протон проходит сквозь мембрану, а электрон образует электрический ток, накапливающийся в батарее. Полученные в результате два атома водорода и кислород образуют водяной пар, который, остывая и превращаясь в воду, выводится из системы.
«Главное преимущество — низкий углеродный след при быстрой скорости заправки водородом, около пяти минут „до полного бака“ с нуля. Вода является единственным выбросом в атмосферу», — подчеркивает специалист.
Синтез без мифов
Одно из популярных заблуждений, связанных с водородным транспортом, касается безопасности топлива. Известно, что водород — летучее и горючее вещество. Но бояться не стоит. По мнению эксперта, угроза водорода в транспортной индустрии — сильно преувеличенный миф. Вероятность взрыва этого газа значительно ниже, чем у других видов топлива.
«Чтобы произошел взрыв водорода, нужна концентрация кислорода в диапазоне от 18% до 59%, в то время как для взрыва бензина достаточно от 1% до 3%. Кроме того, благодаря своей легкости, водород быстро рассеивается в атмосфере, что снижает риск возгорания. Напомню, бензин растекается и становится слегка вязкой лужей, которая в разы опаснее», — объясняет Денис Ендачев.
Тем не менее, сотрудники института провели ряд исследований, чтобы определить в конструкции автомобиля наиболее безопасные места для баллонов с водородом. Кроме того, продолжаются испытания общей архитектуры транспортного средства и безопасности системы хранения водорода в нем.
«Важно отметить, что водородный транспорт и водородная бомба — это не одно и то же. Несмотря на созвучность названий, эти изобретения человечества работают по совершенно разным принципам. Работа водородной бомбы основана на принципе ядерного синтеза — процессе, в ходе которого легкие элементы объединяются в более тяжелые, выделяя огромное количество энергии. Но никакого ядерного синтеза в водородном транспорте произойти не может», — добавляет специалист.
Зеленый водород
Хотя водород является самым распространенным химическим элементом на Земле, в природе добыть его возможно в виде соединений. В основном, его получают из газа, угля или воды. В зависимости от способа и чистоты производства выделяют черный (а также серый, коричневый), синий и зеленый водород.
Для нового автомобиля NAMI Hydrogen используют зеленый водород, поскольку именно он является наиболее экологичным. Его получают методом электролиза: когда на дистиллированную воду воздействуют электрическим током, в результате чего вода разлагается на кислород и водород. Электроэнергия для этого процесса берется из возобновляемых источников: солнечных батарей, ветровых установок и гидроэлектростанций.
«Эта технология — одна из самых дорогих в производстве элемента. В общей сложности на ее долю приходится всего 4-5% от всего производимого водорода. Есть несколько способов разложения воды, но наиболее сложным и изученным является электролитический метод, позволяющий получать водород с КПД до 90%», — поясняет Денис Ендачев.
По его словам, эффективность водородных двигателей может превышать 45%, что существенно превосходит показатели традиционных двигателей внутреннего сгорания (их КПД составляет около 35%). Благодаря этому каждый килограмм водорода позволяет проехать расстояние в 2,5–3 раза большее, чем аналогичный объем бензина.
Дорога испытаний
Испытания нового автомобиля проводились на нескольких площадках: на Дмитровском полигоне НАМИ, а также в Твери, где проверяли эксплуатацию транспорта на льду при -20 градусах Цельсия и ниже. На территории Минеральных Вод тестировали работу систем при горном давлении на высоте более 1000 метров над уровнем моря.
«Мы испытывали NAMI Hydrogen в самых разных условиях, в том числе в экстремальных. Во всех автомобиль превзошел наши ожидания», — говорит исполнительный директор по информационным и интеллектуальным системам.
Модель способна разогнаться до 100 км/ч менее, чем за четыре секунды, а установленная в ней система хранения водорода позволяет вмещать до 8 кг газа при давлении в 700 атмосфер.
«Так как эта сфера еще относительно молода, мы не можем раскрыть информацию обо всех исследованиях. В НАМИ есть собственные методы проверки на безопасность и эффективность водородного транспорта. Но могу сказать, что одним из главных критериев и тестов для нас является сравнительный анализ классического автомобиля и водородного», — говорит Денис Ендачев.
Многообещающие перспективы
Одно из главных преимуществ водородного транспорта по сравнению с обычными электрокарами заключается в быстрой зарядке. Для водородных автомобилей нужны специальные водородные заправки, однако в случае с NAMI Hydrogen его можно заправить на обычной зарядной станции для электрокаров.
Но, конечно, в будущем, такую инфраструктуру для экологичного транспорта необходимо развивать. Помимо этого, помешать активному развитию отрасли может отсутствие конкуренции, влияющее на высокую стоимость компонентов, что скажется на потребителе. Работа по этим направлениям уже ведется, уверен эксперт.
«В настоящее время существует не так много производителей комплектующих для подобной техники, как в России, так и в мире. Также, крайне малое количество автопроизводителей занимались и занимаются разработкой водородных автомобилей. НАМИ — один из первопроходцев данной сферы», — поясняет Денис Ендачев.
Перспективы развития водородного транспорта выглядят многообещающе, особенно учитывая экологические достоинства и способность снижать зависимость от углеводородов. Водородные двигатели не выделяют углекислый газ, имеют высокий коэффициент полезного действия, работают бесшумно, быстро заправляются. Кроме того, их можно использовать в других транспортных средствах — в железнодорожных, морских, речных.
И хотя такие технологии пока не дошли до массового внедрения, индустрия готова к постепенному появлению водородных автомобилей, считает специалист. Массовый переход на экологический вид транспорта поможет решить проблему загрязнений в мегаполисах. При этом люди не будут испытывать тех проблем и рисков, которые сейчас ассоциируются с электрическим транспортом.
Анна Шиховец
