Aurus представил первый водородный седан
Российский бренд премиальных автомобилей Aurus представил свой первый автомобиль на водородном топливе. Новинку под названием Hydrogen показали публике на Восточном экономическом форуме во Владивостоке. Как сообщает «РИА Новости», запас хода у машины составляет около 600 километров, и у нее отсутствуют выбросы СО2.
В прошлом году стало известно о планах ФГУП «НАМИ» (главный разработчик проекта «Кортеж», в рамках которого была создана линейка моделей для первых лиц государства Aurus) выпустить целую линейку водородных автомобилей. Также в проекте принимают участие Росатом, Российская академия наук, Министерство науки и высшего образования и «Газпром». Какие именно автомобили войдут в линейку водородных машин и сколько их будет, пока неизвестно.
Что касается линейки Aurus то на данный момент в нее входят седан и лимузин Senat. Эти автомобили оснащены гибридной силовой установкой на базе 4,4-литрового турбомотора, работающего вместе с электрическим двигателем и 9-ступенчатым «автоматом». Суммарная отдача агрегатов составляет 600 лошадиных сил.
В мае этого года на предприятии Ford Sollers в Елабуге (Республика Татарстан) началось серийное производство люксовых автомобилей российской марки Aurus, которые поступят в свободную продажу. Изначально мелкосерийная сборка правительственных автомобилей Aurus была налажена в Москве на мощностях ФГУП «НАМИ».
Первый элемент просит порулить
Почему же не происходит скачка в развитии водородного транспорта и когда стоит ждать массового использования водородных автомобилей в России? Разбираемся в этом вместе с экспертом.
Однако, несмотря на радужные перспективы новых технологий, здесь есть ряд серьезных проблем. Традиционные способы получения водорода из метанола энергозатратны и связаны с выбросами углекислого газа. Производство же «зеленого» водорода путем электролиза резко увеличивает его стоимость. Ограничением массового использования водорода являются также вопросы его хранения и транспортировки. И решение этих вопросов требует огромных финансовых и временных ресурсов.
Все предпосылки для развития водородной энергетики в России есть. Это отдельно отметил зампред правительства Александр Новак: «В России есть развитые газовый и атомно-энергетический комплексы, которые могут помочь в производстве водорода. Например, водород можно производить методом электролиза или путем переработки газа (запасы которого в стране огромны). Поэтому Россия обладает серьезным потенциалом не только для развития, но даже мирового лидерства в водородной энергетике».
Так что похоже, что скачок развития водородного транспорта происходит прямо сейчас. К нему готовы как технологии, так и правительство. А это значит, что ждать водородный транспорт в России осталось недолго. К 2023 году первые автобусы на водородном топливе уже поедут по дорогам городов. Радует и то, что, по прогнозам Bloomberg New Energy Finance, уже к 2025 году стоимость автомобилей на водороде сравняется со средней ценой обычных автомобилей.
Гражданский гибрид с боевыми корнями
О том, что концерн воздушно-космической обороны «Алмаз-Антей» разрабатывает гибридный автомобиль для гражданского использования, РБК рассказали три источника, знакомых с деятельностью концерна. Рабочее название новинки — E-NEVA, где первая буква Е — это сокращение от electric, а NEVA — в честь главной реки Санкт-Петербурга.
По словам одного из собеседников РБК, планируется, что будет две комплектации топливной системы. Первая — газовый автомобиль с электропередачей, который сможет проехать на одной заправке более 1 тыс. км. Вторая — электрогазомобиль с 52-литровой газовой топливной системой и аккумуляторной батареей емкостью 70 кВт, что обеспечит запас хода в 810 км и возможность подзарядки от электросети. Оба варианта комплектации предполагают, что автомобиль сможет разогнаться до 100 км/ч за 8,5 секунды, максимальная предусмотренная скорость — 180 км/ч.
Замгендиректора по производственно-технологической политике «Алмаз-Антея» Александр Ведров подтвердил РБК, что концерн работает над созданием гибрида. Ранее концерн представил самоходную электрическую платформу, которую можно использовать как самостоятельно, так и как основу для производства транспорта любой категории.
«У нас уже есть электромобиль, он ездит. Но мы пошли по пути создания гибрида, где основной двигатель — на газе. При этом энергия, вырабатываемая во время движения, будет аккумулироваться, и электрическая тяга станет вспомогательным источником энергии, запаса которого хватит на определенное количество километров. Без подзарядки гибрид сможет проехать больше 500 км», — сообщил Ведров.
По его словам, в такой комбинации (электродвигатель и газовый) предполагается только гражданское использование новинки, поскольку «военные, как правило, не используют автотранспорт на газомоторном топливе». Инвестиции в проект, а также сроки выпуска коммерческой версии газомобиля, его возможную стоимость и другие детали в «Алмаз-Антее» не прокомментировали.
«Алмаз-Антей» объединяет около 60 предприятий, занимающихся разработкой и производством вооружения для противовоздушной и противоракетной обороны, в том числе зенитно-ракетных систем С-300, С-400 и С-500. На 100% принадлежит государству. С конца 2016 года все организации оборонно-промышленного комплекса работают над повышением доли гражданской продукции в своем портфеле — согласно поручению президента России, доля такой продукции должна составить не менее 30% к 2025 году и не менее 50% — к 2030-му.
Кто еще работает над автомобилями на водороде
Среди основных преимуществ транспорта, работающего в основном на водороде, по сравнению с электрическим, глава департамента транспорта Москвы Максим Ликсутов в колонке на РБК называл возможность снижения выбросов СО2 не только на этапе эксплуатации, но и в полном жизненном цикле транспорта. Он отмечал, что заправка водородом способна обеспечить необходимый пробег и может проводиться раз в сутки, при этом аккумуляторная батарея становится существенно меньше в размерах, но остается нужна как буфер для электроэнергии, потребление которой во время движения неравномерно.
E-NEVA будет не первым российским газомобилем. В конце весны Научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт (НАМИ) представил лабораторный образец автомобиля премиум-класса Aurus, который работает на водороде. В начале сентября глава Минпромторга Денис Мантуров говорил РБК, что водородная версия Aurus пойдет в серию и будет выведена на рынок после 2024 года. По его мнению, «определенной мотивацией для потребителей» покупать такой автомобиль может быть создание инфраструктуры, в том числе заправочных станций. Согласно утвержденной в конце августа правительством Концепции по развитию производства и использования электрического автомобильного транспорта, под подобным транспортом также понимают транспортные средства, работающие на альтернативных источниках энергии, в том числе на водороде. К 2030 году в России должно появиться не менее тысячи водородных заправок. Государство планирует софинансировать затраты на строительство заводов по производству водородных топливных элементов и компонентов к ним.
Гендиректор «INFOLine-Аналитики» Михаил Бурмистров указал, что в сегменте электромобилей возможностей конкурировать с ведущими мировыми, и особенно китайскими, производителями у «Алмаз-Антея» объективно нет, поэтому решение перейти к гибридному проекту, который является нишевым, но за счет этого привлекательным для отдельных категорий потребителей, является оправданным. «Пока речь идет о мелкосерийном выпуске (несколько тысяч автомобилей в год), инвестиции могут составить несколько миллиардов рублей, а о разворачивании массового производства (30–40 тыс. в год и более), скорее всего, в среднесрочной перспективе говорить рано», — отметил Михаил Бурмистров.
Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы
С 2018 года в ЕС действует запрет на дизельные автомобили новейшего поколения в населенных пунктах [1]. Это стало поворотным моментом в развитии рынка электрокаров, а также — гибридных и водородных двигателей.
Великобритания еще в 2017-м высказывалась за полный запрет бензиновых авто к 2040 году. Тогда же, если верить исследованию Bloomberg New Energy Finance [2], на электрокары будет приходиться 35% от всех продаж автомобилей. Уже к 2030 году Jaguar и Land Rover планируют довести число электрокаров в своих линейках до 100% [3]. Часть из них тоже работает на водороде.
История развития рынка водородных двигателей
Первый двигатель, работающий на водороде, придумал в 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз [4]. Он получал водород при помощи электролиза воды.
Первый патент на водородный двигатель выдали в Великобритании в 1841 году [5]. В 1852 году в Германии построили двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который работал на воздушно-водородной смеси. Еще через 11 лет французский изобретатель Этьен Ленуар сконструировал гиппомобиль [6], первые версии которого работали на водороде.
В 1933 году норвежская нефтегазовая и металлургическая компания Norsk Hydro Power переоборудовала [7] один из своих небольших грузовиков для работы на водороде. Химический элемент выделялся за счет риформинга аммиака и поступал в ДВС.
В Ленинграде в период блокады на воздушно-водородной смеси работали около 600 аэростатов. Такое решение предложил военный техник Борис Шепелиц, чтобы решить проблему нехватки бензина. Он же переоборудовал 200 грузовиков ГАЗ-АА для работы на водороде.
Первый транспорт на водороде выпустила в 1959 году американская компания Allis-Chalmers Manufacturing Company — это был трактор [8].
Первым автомобилем на водородных топливных элементах стал Electrovan от General Motors 1966 года. Он был оборудован резервуарами для хранения водорода и мог проехать до 193 км на одном заряде. Однако это был единичный демонстрационный экземпляр, который передвигался только по территории завода.
В 1979-м появился первый автомобиль BMW с водородным двигателем. Толчком к его созданию послужили нефтяные кризисы 1970-х, и по их окончании об идее альтернативных двигателей забыли вплоть до 2000-х годов.
В 2007 году та же BMW выпустила ограниченную серию автомобилей Hydrogen 7, которые могли работать как на бензине, так и на водороде. Но машина была недешевой, при этом 8-килограммового баллона с газом хватало всего на 200-250 км.
Первой серийной моделью автомобиля с водородным двигателем стала Toyota Mirai, выпущенная в 2014 году. Сегодня такие модели есть в линейках многих крупных автопроизводителей: Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford и других.
Как работает водородный двигатель?
На специальных заправках топливный бак заправляют сжатым водородом. Он поступает в топливный элемент, где есть мембрана, которая разделяет собой камеры с анодом и катодом. В первую поступает водород, а во вторую — кислород из воздухозаборника.
Каждый из электродов мембраны покрывают слоем катализатора (чаще всего — платиной), в результате чего водород начинает терять электроны — отрицательно заряженные частицы. В это время через мембрану к катоду проходят протоны — положительно заряженные частицы. Они соединяются с электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество.
По сути, это — тот же электромобиль, только с другим аккумулятором. Емкость водородного аккумулятора в десять раз больше емкости литий-ионного. Баллон с 5 кг водорода заправляется около 3 минут, его хватает до 500 км.
Где применяют водородное топливо?
Плюсы водородного двигателя
Минусы водородного двигателя
Водород для топлива можно получать разными способами. В зависимости от того, насколько они безвредны, итоговый продукт называют [13] «желтым» или «зеленым». Желтый водород — тот, для которого нужна атомная энергия. Зеленый — тот, для которого используют возобновляемые ресурсы. Именно на этот водород делают ставку международные организации.
Самый безвредный способ — электролиз, то есть, извлечение водорода из воды при помощи электрического тока. Пока что он не такой выгодный, как остальные (например, паровая конверсия метана и природного газа). Но проблему можно решить, если сделать цепочку замкнутой — пускать электричество, которое выделяется в водородных топливных элементах для получения нового водорода.
Водородный транспорт в России
В России в 2014 году появился свой производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компания специализируется на аккумуляторных системах для дронов, в том числе военных. Именно ее топливные ячейки использовали для беспилотников, которые снимали Олимпиаду-2014 в Сочи.
В 2019 году Россия подписала Парижское соглашение по климату, которое подразумевает постепенный переход стран на экологичные виды топлива.
Чуть позже «Газпром» и «Росатом» подготовили совместную программу развития водородной технологии на десять лет.
Главный фактор, который может обеспечить России преимущество на рынке водорода — это богатые запасы пресной воды [14] за счет внутренних водоемов, тающих ледников Арктики и снегов Сибири. Вблизи последних уже есть добывающая инфраструктура от «Роснефти», «Газпрома» и «Новатэка».
В конце 2020 года власти Санкт-Петербурга анонсировали [15] запуск каршеринга на водородном топливе совместно с Hyundai. В случае успеха проект расширят и на другие крупные города России.
Перспективы технологии
Вокруг водородных двигателей немало противоречивых заявлений. Одни безоговорочно верят в их будущее — например, Арнольд Шварценеггер еще в 2004 году, будучи губернатором Калифорнии, обещал [16], что к 2010 году весь его штат будет покрыт «водородными шоссе». Но этого так и не произошло. В этом отчасти виноват глобальный экономический кризис: автопроизводителям пришлось выживать в тяжелейших финансовых условиях, а подобные технологии требуют больших и долгосрочных вложений.
Другие, напротив, критикуют технологию за ее очевидные недостатки. Так, основатель Tesla Илон Маск назвал водородные двигатели «ошеломляюще тупой технологией» [17], которая по эффективности заметно уступает электрическим аккумуляторам. Отчасти он прав: сегодня водородным автомобилям приходится конкурировать с электрокарами, гибридами, транспортом на сжатом воздухе и жидком азоте. И пока что до лидерства им очень далеко.
Но у водородного топлива есть существенное преимущество перед электрическими аккумуляторами — долговечность. Если аккумулятора в электрокаре хватает на три-пять лет, то водородной топливной ячейки — уже на восемь-десять лет. При этом водородные аккумуляторы лучше приспособлены для сурового климата: не теряют заряд на морозе, как это происходит с электрокарами.
Есть еще одна перспективная сфера применения водородного топлива — стационарное резервное питание: ячейки с водородом могут снабжать энергией сотовые вышки и другие небольшие сооружения. Их можно приспособить даже для энергоснабжения небольших автономных пунктов вроде полярных станций. В этом случае можно раз в год наполнять газгольдер, экономя на обслуживании и транспорте.
Основной упрек критиков — дороговизна водородного топлива и логистики. Однако Международное энергетическое агентство прогнозирует, что цена водорода к 2030 году упадет минимум на 30% [20]. Это сделает водородное топливо сопоставимым по цене с другими видами [21].
Если вспомнить, как развивался рынок электрокаров, то его росту способствовали три главных фактора:
Водородные двигатели ждет примерно тот же сценарий. В Toyota видят главные перспективы [26] для водородных двигателей в компактных автомобилях, а также в среднем и премиум-классе. Пока что производство не вышло на тот уровень, чтобы бюджетные модели работали на водороде и оставались рентабельными. Современные водородные машины стоят вдвое дороже обычных [27] и на 20% больше, чем гибридные.
Ученые готовы представить первый российский автомобиль на водородном топливе
Его презентация пройдет на форуме «Открытые инновации».
Ученые Центра компетенций НТИ по технологиям новых и мобильных источников энергии разработали водородный топливный элемент для электромобиля. Его презентация пройдет в «Сколкове» на форуме «Открытые инновации» 21-23 октября.
Водородная установка сможет подзаряжать аккумулятор электромобиля во время движения. По расчетам ученых, запас хода увеличится в 1,5-3 раза.
Также ведется разработка сети заправочных станций для таких автомобилей. Если водородные автомобили обслуживать на газовых заправках, то стоимость топлива будет сопоставима с ценой на газ.
«Сейчас мы разрабатываем систему, при наличии газовых заправок в которой, стоимость водорода получается намного дешевле бензина и приближается к цене природного газа. Если водород привозится с завода в чистом виде, то он, конечно, будет дороже за счет множества лишних этапов транспортировки, но при встраивании водородной станции в систему газовой заправки, цена становится соизмеримой по стоимости с газом».
Юрий Добровольский, руководитель Центра компетенций НТИ
Испытания водородного автомобиля на полигоне запланированы на февраль 2020 года. Ученые надеются, что летом разработка уже получит статус предсерийного образца. Массовое внедрение технологии начнется только после создания необходимой инфраструктуры.
