Водород отправит мир в будущее

Автомобили на топливных элементах в ближайшее десятилетие навяжут серьезную конкуренцию традиционным авто, оснащенным двигателями внутреннего сгорания (ДВС). В перспективе "водородная революция" в корне изменит всю мировую экономику. Новая эра в энергетике начинается уже сегодня: автогиганты запускают в массовую продажу автомобили с водородными двигателями, а власти ряда стран собираются законодательно запретить использование машин на бензине, дизтопливе и газе.

Производство автомобилей "Тойота Мирай". Фото: Kyodo News/ Actionpress/ TASS

Японский автомобильный концерн Toyota в середине августа объявил о старте продаж на внутреннем рынке первого в мире серийного автомобиля с водородным двигателем. Модель получила название "Тойота Мирай" , что в переводе с японского означает "будущее". Над водородомобилями лучшие инженеры мира работают уже с десяток лет, но лишь сейчас этот амбициозный проект впервые попытались поставить на коммерческие рельсы.

Под капотом инновационного седана находится электрохимический генератор мощностью 154 лошадиные силы. Питание силовой установки обеспечивают водородные топливные элементы. Электроэнергия вырабатывается в результате химической реакции взаимодействия водорода и кислорода. Водород закачивается под давлением в баллоны, расположенные в передней и задней частях кузова, а кислород поступает через воздухозаборники в радиаторе. Одной водородной заправки, которая занимает всего три-пять минут времени, хватает примерно на 650 км пути. По скоростным характеристикам машина не уступает своим обычным собратьям: она способна развить скорость до 180 км/ч, а до 100 км/ч разгоняется за 9 секунд.

В розничную продажу Toyota Mirai поступила по цене около $60 тысяч. Чтобы не отпугнуть покупателей столь высокой стоимостью, японское правительство, делающее ставку на развитие водородной энергетики, возвращает им $17 тыс. в качестве экологической субсидии. "Мирай" впервые была представлена на публике еще в 2013 году. Серийное производство автомобиля стартовало год спустя, а на прошлый год был запланирован старт продаж в Японии, США и Европе. Однако из-за бюрократических проволочек потребители, сделавшие предварительные заказы, получили свои водородомобили только сейчас.

Ранее считалось, что на смену автомобилям, сжигающим углеводороды, придут их электрические собратья, заряжающие аккумуляторную батарею от обычной сети. Однако в последние годы это утверждение перестало быть таким уж очевидным: в водородной энергетике произошел настоящий прорыв, позволивший вплотную приблизиться к выпуску массового продукта по рентабельной цене.

Эксперты до сих пор не знают, какой из альтернативных источников энергии в будущем станет основным, однако Toyota для себя этот вопрос решила, предпочтя электромобилю водородомобиль. Долгие годы изысканий и миллионы долларов, вложенные в научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, дали результат: за пять лет, прошедших с презентации предыдущей версии водородного автомобиля, стоимость топливной системы удалось снизить в 20 раз.

Главным преимуществом водородного двигателя является, конечно же, экологичность. Электрохимический генератор не производит вредных выбросов: вместо угарного газа из его трубы выходит водяной пар. Кроме того, силовая установка на водороде в два с лишним раза эффективнее ДВС: максимальный КПД преобразования водорода в электрический ток составляет 83%, у самых современных бензиновых двигателей этот показатель едва-едва приближается к 40%. И что самое главное - всерьез увеличить его невозможно чисто физически.

Перед электромобилями, которыми сегодня в западных странах и Японии уже никого не удивишь, у автомобилей на водородных топливных элементах есть ряд серьезных преимуществ. Это и время заправки (три-пять минут на заполнение баллонов водородом против нескольких часов зарядки аккумулятора), и более высокий запас хода, и более низкая цена батарей. К тому же КПД получения водорода из природного газа в полтора раза больше, чем получения электричества: 36% против 24%. Немудрено, что над своими вариантами автомобилей будущего, работающих на простом и понятном водороде, трудятся едва ли не все ведущие автоконцерны. Наибольших успехов, помимо Toyota, добились Honda, Hyundai и Mercedes-Benz.

Впрочем, для повсеместного распространения водородомобилей пока что слишком много преград. Даже если не брать в расчет слишком высокую цену на саму машину, основной проблемой является производство топлива. Заправляться водородом достаточно дешево уже сейчас. На 100 км Mirai просит от 0,69 (номинально) до 1,3 (фактически) кг топлива. Килограмм водорода стоит $8 - 10, то есть получается вполне сопоставимо с заправкой бензином. Однако где брать это самое топливо новой эры - вопрос неоднозначный. Сейчас его, как правило, добывают из природного газа с выделением углекислого газа. Так как объемы производства относительно небольшие, то и парниковый эффект получается минимальным. Однако если водород начнут добывать таким образом для сотен миллионов автомобилей, озоновый слой продырявится в два счета. Получать топливо экологичным способом очень дорого, что губит идею тотальной водородомобилизации на корню.

Другая очевидная проблема - отсутствие заправочной инфраструктуры. Сейчас по всему миру создано в экспериментальных целях не более тысячи заправок. Так что первым счастливым обладателям "Тойота Мирай" еще очень долго придется решать вопрос, где бы заправиться.

Однако у смекалистых японцев есть идеи для решения обеих задач. Они предлагают добывать топливо из канализационных стоков (попутно утилизируя последние) или использовать побочный водород, получаемый на разного рода химических производствах. Говорят, его в мире получают столько, что хватит для заправки 250 млн седанов Mirai. Что касается нехватки заправок, то создать инфраструктуру с нуля за 20 лет - вполне решаемая задача, было бы желание, говорят в Стране восходящего солнца. В пример приводят Америку периода автомобилизации, где разветвленная сеть АЗС была построена в кратчайшие сроки. В частности, власти Токио планируют к Олимпийским играм 2020 г. создать в городе и окрестностях целую сеть водородных заправок, потратив на эти цели €360 миллионов.

В Toyota надеются, что к 2025 г. по японским дорогам будут ездить не менее 2 млн водородомобилей. После того как будет достигнута критическая масса машин, коммерциализация проекта выйдет на новый уровень, и кривая распространения автомобилей будущего стремительно пойдет вверх.

Использование водородо- и электромобилей постепенно будет приобретать все большее значение по мере роста населения Земли и обострения экологических проблем. Некоторые страны уже сейчас задумались об ограничениях на использование автомобилей с ДВС. Так, в Норвегии, где каждая четвертая продаваемая машина работает на электричестве, к 2025 г. собираются полностью запретить машины с бензиновыми или дизельными двигателями. Пока что власти страны действуют методом пряника, а не кнута: владельцы электрокаров и гибридов освобождаются от налога на покупку и регистрацию транспортного средства, имеют право на бесплатную парковку, передвижение по полосам для общественного транспорта и бесплатное использование сети зарядочных станций.

Массовое распространение водородных автомобилей будет означать слом всей существующей мировой энергетической системы. Ведь водородные силовые установки можно будет применять для электрификации и отопления домов, а также в производственных целях. Начнется стремительный закат эры углеводородов, за которым последует изменение расстановки сил в глобальной экономике.