Транспорт на топливном элементе / водородном топливе

Технология водородного топливного элемента

Транспортные средства, работающие на водородном топливе (fuel cell vehicle — FCV или fuel cell electric vehicle — FCEV), снабжены специальным устройством — топливным элементом — которое заправляется сжатым водородом. Водородный топливный элемент содержит пластины, покрытые катализатором, который запускает химическую реакцию по соединению водорода и кислорода из воздуха с образованием электричества для работы двигателя и водяного пара. Помимо использования специфической экзотермической реакции для выработки энергии, автомобили на водородном двигателе устроены аналогично электромобилям на литий-ионном аккумуляторе.

Мировой рынок автомобилей на водородном топливном элементе

На сегодняшний день продажи автомобилей на водородном топливе сильно отстают от электромобилей. Критики утверждают, что им никогда не удастся выйти за пределы нишевой технологии. На конец 2017 года практически все компании, которые поддерживали развитие технологии водородного топлива, в том числе Honda Motor, Hyundai Motor и Audi, переориентировали свои стратегии в сторону электромобилей.

По состоянию на конец 2019 года лишь немногие автопроизводители сделали легковые автомобили с топливными элементами коммерчески доступными. Toyota Motor Corporation остается единственным крупнейшим мировым автопроизводителем, который по-прежнему делает ставку на автомобили на водородном топливе. Компания выпустила седан Mirai в конце 2014 года, но продала менее 10 тыс штук по всему миру. Hyundai Motor предлагает кроссовер Nexo с марта 2018 года и продала чуть менее 2900 шт по всему миру. Продажи его предыдущей модели на водородном двигателе, Tucson, составили около 900 штук. Автомобиль Clarity от компании Honda Motor можно взять в аренду, в то время как Mercedes-Benz GLC F-CELL компании Daimler AG был доставлен лишь нескольким клиентам из корпоративного и государственного секторов. Также на рынке представлена модель Chevrolet Equinox.

Перспективы рынка автомобилей на водородном топливном элементе

Китай, Япония и Южная Корея поставили перед собой амбициозные цели стоимостью в миллиарды долларов по выводу миллионов автомобилей на водородном топливном элементе на свои дороги к конце 2020-х гг. Многие сторонники в этих странах считают, что водородный транспорт дополняет электротранспорт, а не конкурирует с ним.

Китай, крупнейший в мире автомобильный рынок, где ежегодно продается около 28 млн автомобилей, планирует к 2030 году ввести в эксплуатацию более 1 млн автомобилей на водородном топливе. На данный момент таких транспортных средств в этой стране всего 1500, при этом большую часть составляют автобусы.

Япония, где продается более 5 млн автомобилей в год, хочет увеличить к этому моменту количество автомобилей на водородном топливном элементе до более 800 тыс с 3400 в настоящее время.

Южная Корея, чей автомобильный рынок составляет всего одну треть от японского, поставила перед собой цель в 850 тыс автомобилей такого типа к 2030 году, хотя по состоянию на конец 2018 года было продано менее 900 таких автомобилей.

Крупный пассажирский транспорт на водородном топливном элементе

Водород считается более эффективным выбором для тяжелых транспортных средств, которые проезжают большие расстояния, поэтому в настоящее время особое внимание уделяется разработке городских автобусов на основе этой технологии. Спрос на автобусы на водородном двигателе несколько выше, чем на частный легковой транспорт. И у Toyota, и у Hyundai есть предложения в этом сегменте, в том числе автобус Toyota Sora, и они уже начали продавать запчасти производителям автобусов, особенно в Китае.

Несколько китайских производителей разработали собственные автобусы, в частности, государственная SAIC Motor, крупнейший автопроизводитель страны, и Geely Auto Group, которая также владеет брендами Volvo Cars и Lotus.

Преимущества автомобилей на водородном топливном элементе

Основными преимуществами водородного элемента по сравнению с литий-ионной батареей являются сравнительно небольшой вес, более высокая экологичность (при производстве и при утилизации аккумуляторов используются токсичные вещества) и широкая доступность топлива (водород — самый распространенный элемент во вселенной, его можно извлекать из массы разнообразных источников). Время заправки топливного резервуара такого транспортного средства сопоставимо со временем заправки бензинового двигателя, что значительно меньше любых предложений по зарядке электрического аккумулятора, доступных на данный момент. Дальность перемещения на одной заправке также в несколько раз выше, чем у современных электромобилей.

Недостатки автомобилей на водородном топливном элементе

Отсутствие разветвленной сети дорогостоящих заправочных станций обычно называют главным препятствием для широкого распространения водородного транспорта. В то же время основной причиной отсутствия инфраструктуры для заправки топливом является то, что не хватает самого транспорта на дорогах, чтобы сделать ее прибыльной.

Кроме того, водород является легковоспламеняющимся химическим веществом и потребителей беспокоит угроза взрыва водородного топлива.

Американский предприниматель Илон Маск, основатель компании Tesla, еще в 2014 году отзывался с пренебрежением о будущем водородных технологий в связи с высокой стоимостью, сложностью производства, хранения и транспортировки водорода.

История создания автомобилей на водородном топливе

Первый в истории автомобиль, работающий на водородном топливном элементе, был сконструирован американской компанией General Motors в 1966 году. Для этого была использована технология, разработанная специально для космической программы. Однако, разработка этой технологии для использования в обычных транспортных средствах так и не сдвинулась с мертвой точки до 1990-х годов. В последние годы экспериментальные автомобили на водородном двигателе были построены рядом компаний, в том числе General Motors и Honda.

В 1992 году свои разработки в области производства электроэнергии из водорода и получения водорода начала компания Toyota. В 2002 году она начала продажи ограниченной серии автомобилей на водородном топливном элементе Toyota FCHV в Японии и США.

В 2007 году компания General Motors (GM) начала реальное тестирование более 100 специально выпущенных Chevrolet Equinox на водородном двигателе, в рамках которого машины передавались на три месяца обычным пользователям. За несколько лет испытаний пилотные автомобили наездили много миллионов миль.

В 2009 году компания Honda выпустила небольшой серией модель Clarity FCX на топливном элементе и за пять лет произвела несколько сотен таких автомобилей.

В 2013 году GM и Honda приняли решение объединить свои усилия по разработке и коммерческому продвижению этой технологии, с целью выпустить более доступный автомобиль на топливном элементе к 2020 году.

Аналитические обзоры по рынку водородного транспорта

Организации, работающие в сфере водородного транспорта

Компании, работающие в сфере водородного транспорта

Проекты в сфере транспорта на водородном топливе

Toyota Tri-Gen (Тойота Три-Ген) — завод по получению энергии, воды и водорода из мусора — 2,35 МВт, США, 2020