Водородное топливо для авто

Во Франции произошло событие, которое, пожалуй, может вызвать в ближайшие 10-15 лет ни более ни менее как революцию в автостроении. Президент PSA Peugeot Citroёn Жан-Мартин Фольц и исполнительный директор исследовательской организации CEA Ален Бюга представили публике плод почти двухлетних усилий: первый в мире компактный водородный топливный элемент, который при весе 5 кг позволит машине ехать на одной заправке 500 км.

Группа PSA Peugeot Citroën представила общественности экспериментальные модели Peugeot 307 и Citroën C4, оснащенные новым гибридным двигателем. Конструкция данных моделей сочетает в себе двигатель внутреннего сгорания и электрический мотор, что позволяет значительно сократить уровень потребления топлива (3,4 литра на 100 км) и выбросов углекислого газа (90 гр на 1 км). При этом автомобили сохраняют прежний признанный уровень комфорта и отличную управляемость. Более того, благодаря установленному гибридному двигателю, новые автомобили способны работать на низких скоростях на одном электричестве. Таким образом, эффективность гибридных двигателей очевидна, и в настоящее время приоритетным направлением работы группы станет снижение стоимости их производства и последующая установка на серийные модели.

Необходимость защиты окружающей среды и поддержания экологического баланса на планете, а также непрекращающийся рост цен на топливо побуждают автопроизводителей искать новые альтернативные варианты конструкции двигателей. Уже более 10 лет группа PSA Peugeot Citroën ведет разработки в данной области. За это время было налажено производство дизельных двигателей, отличающихся высокой топливной производительностью и низким уровнем выбросов CO2. Замена бензинового двигателя дизельным позволяет сократить потребление топлива минимум на 25%. За последние четыре года PSA Peugeot Citroën реализовала более 1,100,000 экономичных автомобилей с низким уровнем выхлопных газов. Данные показатели делают группу одним из основных мировых производителей автомобилей, наиболее ответственно подходящих к вопросам экологии. Высокие показатели группы во многом определяются и доступной стоимостью производимых средств передвижения.

Фактически изобретатели создали химический электрогенератор большой мощности. Новый мотор разрабатывался в рамках государственной программы GENEPAC (GENérateur Electrique à Pile A Combustible – «генератор электричества топливный, модульный»), поэтому вполне естественно, что презентация инновации состоялась в Париже в присутствии министра образования и науки Франции Жиля де Робьена.

Форд добил электромобили

После Первой мировой войны о серийных электромобилях надолго забыли – единственным электрокаром, получившим повсеместное распространение, стал троллейбус

Любопытно, что как зарубежные, так и отечественные СМИ поначалу пропустили это важное событие – сообщения о презентации появились в нефранцузских источниках с задержкой от трех дней до недели.

И это не удивительно: химические источники тока такого типа известны достаточно давно. Топливные элементы на практике применили американцы в рамках своей лунной программы, а на долговременной орбитальной станции NASA Skylab (1973-1979 годы) они были едва ли не основными источниками энергии.

Однако характеристики нового изделия французских ученых являются поистине выдающимися. При заправке 54 л сжатого водорода (вес сжиженного газа составляет при этом всего 5 кг) топливный элемент (ТЭ) выдает мощность в 80 кВт. Это, по мнению конструкторов Peugeot, позволит создать полноценный электромобиль с запасом хода на одной заправке более 500 км.

Здесь необходимо сделать небольшой экскурс в историю. Вообще-то электромобиль появился почти на 20 лет раньше «самобеглой повозки» (как называлось новомодное изобретение в русской прессе тех лет) с двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Случилось это в Англии в 1863 году – всего два года спустя после открытия Майклом Фарадеем закона электромагнитной индукции. К 1900 году в Америке было выпущено 1585 автомобилей на электротяге – против 936 экипажей с ДВС.

Строились такие экипажи и в царской России. Их производством занималась компания Яковлева. Это были довольно неуклюжие повозки с огромными емкостями, наполненными соляной кислотой с погруженными в нее электродами, – такие открытые аккумуляторы нашли позднее применение на подводных лодках «доатомной» эры.

Но главным конструктивным недостатком электромобилей тех лет был малый запас хода. Повысить «дальнобойность» электромобилей можно было только одним способом – экстенсивным, увеличивая и без того немалые батареи аккумуляторов. Однако их удельная энергоемкость оставляла желать лучшего.

В начале XX века самые эффективные аккумуляторы вырабатывали 10-15 ватт-часов энергии на один килограмм своей массы – в шесть раз меньше, чем ДВС того времени (для сравнения: один килограмм бензина в баке современной легковушки содержит уже 12 000 ватт-часов энергии). То есть для пробега полсотни километров двухтонному электроэкипажу была необходима 1000-килограммовая батарея! При этом нужно учесть еще и тот факт, что из-за коррозии пластин их каждые два года приходилось менять.

Тем временем ДВС быстро прогрессировали: уменьшался их вес, размеры; с ростом мощности росла и экономичность. Бензин тем временем дешевел, строительство заправок, инициированное фирмой Chevron, набирало обороты. Изобретенный в 1912 году Чарльзом Кеттерингом электрический стартер существенно упростил запуск бензиновых двигателей.

Окончательно добил электромобили (а с ними и паромобили) Генри Форд, который начал массовый выпуск дешевых (от 500 до 1000 долларов) Ford Т. Стоимость же электромобилей только росла: родстер на электротяге 1912 модельного года стоил 1750 долларов, а бензиновый аналог — всего 650.

Гибридные автомобили

Гибридный автомобиль Toyota Prius (фото REUTERS)

После Первой мировой войны о серийных электромобилях надолго забыли – единственным электрокаром, получившим повсеместное распространение, стал троллейбус. Всерьез взяться за разработку коммерчески успешных проектов на альтернативных видах топлива заставил взяться только нефтяной кризис 80-х годов прошлого века.

Автомобильные фирмы вновь заинтересовались электротягой в 70-х годах, на волне первого топливного кризиса. Но к серьезным исследованиям концерны приступили почти десять лет спустя, с принятием в США Акта о чистом воздухе. Тогда сенаторы обязали автопроизводителей Америки к 1998 году довести выпуск абсолютно экологически чистых транспортных средств до 2% от общего объема производства.

Именно поэтому в конце 90-х годов прошлого века в мире появилось так много прототипов электромобилей на топливных элементах с водородным питанием. Но тогда (до появления «французского чуда») аккумуляторных батарей весом всего чуть более 60 кг, которые по удельной энергоемкости могли бы обеспечить привычный автомобилистам запас автономного хода в 350-400 км, никто не придумал.

Конечно, есть еще так называемые гибридные автомобили, где для создания тяги используются оба вида двигателей: ДВС и электрический. Таких машин выпущено уже не мало, есть они и в нашей стране. Например, Toyota Prius продается в России официально с 2004 года и имеет уже немало поклонников.

Гибридные автомобили действительно экономичней классических бензиновых, и спрос на них растет вместе с ценами на нефть. Почти все основные производители заявили подобные машины в своих модельных рядах на ближайшие годы.

Однако ТЭ, созданные по технологии GENEPAC, позволяют создать полностью электрический автомобиль, претендующий на успех не только у фанатов экологии, но и у обычных автовладельцев, глобальными проблемами не интересующихся. При этом все, что потребуется для его работы, – это чистый водород.

16 трлн. долларов

На сегодняшний день водородные двигатели и электрогенераторы уже готовы к запуску в массовое производство (фото REUTERS)

Переходить на водород как источник энергии для автомобилей в виде топлива для ДВС или ТЭ так или иначе придется. Переход к новым методам будет нелегким, в том числе и с экономической точки зрения, и прежде всего для общественного транспорта, но при правильной политике этот процесс будет осуществимым и рентабельным.

«Каменный век закончился не из-за нехватки камней, а нефтяной век завершится намного раньше, чем будут израсходованы все запасы нефти на планете». Эти пророческие слова принадлежат не зеленому утописту, а Заки Ямани – саудовскому шейху, который 20 лет назад был министром нефти в своей стране.

Даже если делать крупные инвестиции в нефтяные разработки в России или где-либо еще, в ближайшие 20 лет квота нефтяного рынка Саудовской Аравии будет лишь увеличиваться. Это очевидно просто исходя из огромных запасов дешевой нефти, которыми располагает регион.

На территории Саудовской Аравии и четырех соседних с ней государств находится две трети мировых разведанных запасов нефти. Риск, что этот поток прекратится, будет оставаться постоянной угрозой и может даже возрасти. Этот факт отодвигает вопрос о цене на второй план.

На сегодняшний день водородные двигатели и электрогенераторы уже готовы к запуску в массовое производство. Практически все нефтяные и энергетические транснациональные корпорации имеют многомиллионные водородные программы. Все мировые автомобильные гиганты имеют по несколько опытных образцов. General Motors, Ford, BMW, Toyota, DaimlerChrysler – все эти компании начали или начнут со следующего года серийное производство своих моделей на топливных элементах.

Единственная причина, по которой это не происходило раньше, – необходимость гигантских инвестиций для создания инфраструктуры, сопоставимой с нефтяной, а также наличие относительно дешевой нефти. По сути, для того чтобы начался процесс перехода к водороду, нужен был лишь какой-то внешний толчок.

Взлет цен на нефть, похоже, и стал таким толчком. Говорить о дороговизне альтернативных источников энергии или огромных инвестициях в водородную инфраструктуру можно при цене в 20 долларов за баррель. Когда цена переваливает за 50, эти аргументы уже не работают. «Если нынешние тенденции сохранятся, миру необходимо будет инвестировать 16 трлн. долларов в течение ближайших трех десятилетий, чтобы обеспечить поддержание роста энергопотребления», – уверен исполнительный директор парижского бюро IEA (Международного энергетического агентства) Клод Мандила.

В свете нынешнего кризиса можно почти не сомневаться, что деньги эти будут потрачены на создание водородной инфраструктуры и развитие других альтернативных источников энергии. Поэтому расчет того, на сколько миру хватит нефти, может оказаться бессмысленным занятием.