Экологически чисто на большие расстояния

Как бы там ни было, но через шесть лет после выхода на рынок Tesla Model S ситуация показывает, что эйфорические прогнозы в отношении прогресса аккумуляторной батареи не оправдались. Из-за сохраняющихся высоких цен и ограниченной практичности эта форма электрической мобильности лишь частично конкурентоспособна с бензиновыми и дизельными двигателями. Автомобильная промышленность уже давно знает об этом и поэтому начинает продавать электромобили на топливных элементах в качестве альтернативы: Mercedes поставляет F-Cell GLC. Hyundai уже имеет второе поколение Nexo в своем ассортименте, а также запускает крупномасштабные испытания с 1000 тяжелых полуприцепов в Швейцарии.

В принципе, автомобили на топливных элементах – это электромобили, которые вырабатывают собственное электричество. Для этого они заполняются чистым водородом под высоким давлением, который в топливном элементе превращается в электричество с кислородом воздуха. Процесс заправки занимает около трех минут для нынешних автомобилей. Высокая плотность энергии водорода выгодна для диапазона действия: например, с Hyundai Nexo с 6,33 килограммовым газовым баллоном в реальной работе он находится на уровне около 500 километров на максимальной скорости (заводская спецификация: максимум 756 километров). Водород не уходит – это было по-другому в 90-х годах, поскольку водород хранился в жидком состоянии в криогенных криотанках: при так называемом выпаривании контейнеры медленно опорожнялись. Современные газовые баллоны под давлением (тип IV), используемые для природного газа, по данным Audi, в пять раз плотнее, чем у бензина. В то время как автомобили, работающие на сжиженном газе, могут стоять месяцами, аккумуляторные электромобили постоянно теряют энергию. Расход вампира потребляет до одного процента от мощности в сутки.

Основатель Tesla Элон Маск, кажется, осознал потенциал топливного элемента и яростно полемизирует с конкурирующей технологией: «Топливные элементы – это дурацкие элементы», – говорит он, вызывая опасения и сомнения. Например, предполагаемая опасность взрыва воспринимается всерьез многими людьми. Здесь также есть недоразумение: если резервуар действительно протекает, водород испаряется очень быстро или, принимая энергию зажигания, сгорает в струе пламени. Настоящая детонация столь же маловероятна, как и у обычных автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Воспламеняющаяся смесь может сформироваться подобно бензину только в крайне редких случаях. В основном, это относится ко всем типам приводов: при работе с большими объемами энергии необходимо соблюдать меры предосторожности.

Давайте взглянем на Hyundai Nexo, текущий эталон для электромобилей на топливных элементах. Он имеет такие же размеры, как Volkswagen Tiguan Allspace с длинной колесной базой или аккумуляторный электрический внедорожник Audi e-tron и Mercedes EQC. Однако два немецких электромобиля весят на 600 кг больше, чем корейцы. Более высокий вес объясняется огромным использованием материалов для больших батарей.

В e-tron, например, смесь различных металлов, от стали и алюминия для корпуса до меди для кабелей с литием, никелем и кобальтом, весит около 700 килограммов. Тем не менее, ассортимент конкурентов премиум-класса не может сравниться с таковым у Hyundai – в дополнение к очень длинному по сравнению со временем зарядки водородного бака. Поэтому для больших расстояний и большого веса транспортного средства топливный элемент явно имеет преимущество. Кстати, потребность в пластине в ячейках примерно эквивалентна потребности в каталитическом нейтрализаторе SCR для легковых автомобилей с дизельным двигателем. Этот контраргумент не работает.

Однако с точки зрения перераспределения энергии нет смысла полностью переигрывать батарею на электрический привод с топливными элементами. Скорее, необходимо проверить, какое решение подходит для какой цели. Хорошим примером этого является Volkswagen e-Crafter: он по сути имеет трансмиссию от e-Golf с емкостью аккумулятора менее 36 кВт-ч.

Достаточно для примерно 100 километров в локальной дистрибуции товаров, но слишком мало для всех других целей. Батарея большой дальности не только была бы очень дорогой, но и минимизировала бы полезную нагрузку e-crafter. По этой причине Volkswagen Commercial Vehicles продемонстрировал электрический топливный элемент e-Crafter Hymotion на выставке IAA 2018. Прототип, который должен привести хотя бы к небольшой серии.

Между тем, станции заправки водородом открывается, например, почти каждую неделю в Германии. Это стоит около миллиона евро за место. Следовательно, для хорошего охвата в 2000 колонок потребуется около двух миллиардов евро. То, что звучит как непомерные инвестиции, учитывается при рассмотрении текущей производительности минерального топлива.
Таким образом, в Германии, через форсунки ежегодно поступает от 60 до 70 миллиардов евро, и более половины этой суммы попадает в государственную казну в качестве налога. Поэтому создание функционирующей инфраструктуры с водородными заправочными станциями (а также станциями быстрой заправки) является лишь вопросом политической воли.

Однако остается один недостаток чистой энергии: для переработки воды в водород и его сжатия до 700 бар требуется много энергии, поэтому баланс энергии выглядит относительно плохим. В зависимости от процесса эксперты рассчитывают, что потребление энергии примерно в два раза выше при прямом сравнении топливного элемента и аккумулятора автомобиля. Поэтому электромобили с аккумулятором особенно подходят там, где небольшие автомобили преодолевают короткие расстояния. Не случайно, что Smart предлагает Fortwo исключительно с электродвигателем с 2020 года. Предел разумного применения, вероятно, превышен, когда городской внедорожник в сегменте Polo, такой как Hyundai Kona EV с батарейным питанием, весит более 1,8 тонн. К этому следует добавить факт дефицита поставок сырья для элементов аккумуляторных батарей: идея о том, что 100 миллионов новых автомобилей и коммерческих транспортных средств в год будут, возможно, нуждаться только в аккумуляторах, превратиться в невероятную битву за ресурсы с современными химическими элементами.

В области электромобильности импортируемые ископаемые виды топлива (бензин, дизельное топливо, природный газ) заменяются собственной энергией, приводящей в движение (электричество, водород). Если в то же время увеличивается выработка энергии ветроэнергетическими и фотоэлектрическими станциями, это приводит к большей экономической самообеспеченности. А в качестве альтернативы электрическому приводу на топливных элементах обещание самого автомобиля остается неизменным: неограниченная мобильность.

Advertisements