Топливные ячейки против аккумуляторов – альтернативное будущее электромобилей
Автопроизводители готовятся к водородной революции

Mercedes GLC F-Cell

В начале этого года крупный аудитор KPMG немало удивил нас результатами своего исследования. Компания опросила около 1000 топ-менеджеров от автоиндустрии и большинство из них – 78 процентов – заявили, что считают водородомобили перспективнее электромобилей на батареях. При этом 62 процента и вовсе полагают, что машины с топливными ячейками в скором времени вытеснят с рынка своих аккумуляторных собратьев.

Сразу сделаем отступление, чтобы разобраться с терминологией. Все автомобили, приводимые в движение только силой электричества, можно разделить на два больших класса. К первому относятся машины, электромоторы которых питаются от аккумуляторных батарей – именно они традиционно называются электромобилями (electric vehicles, EV, а точнее – battery electric vehicles, BEV). Аккумуляторы, разумеется, нужно заряжать, подключая их к источнику энергии, поэтому этот тип транспорта входит в «надкласс» подключаемых электрокаров (plug-in electric vehicles, PEV). K PEV относятся и гибриды, способные благодаря достаточно большой батарее перемещаться только за счет электротяги и также нуждающиеся в подзарядке от сети (plug-in hybrid electric vehicles, PHEV).

«Чистые» электромобили второго класса не получают «готового» заряда от внешнего источника, а вместо этого генерируют энергию для моторов прямо на борту, в электрохимических устройствах, называемых топливными ячейками (fuel cells). Топливные элементы бывают разными по составу, но самыми перспективными для автопрома считаются водородные ячейки: электричество вырабатывается в ходе реакции водорода с атмосферным кислородом. Это стопроцентно «зеленая» технология, поскольку единственный побочный продукт – это оксид водорода, то есть обычная вода. Все это называется fuel cell vehicles (FCV) или, конкретнее, hydrogen fuel cell vehicles, а по-русски – водородомобили.

Возвращаемся к результату опроса KPMG – что в нем необычного? На самом деле – вообще все. Судите сами. EV буквально за несколько лет совершили серьезный рывок вперед: батареи стали легче и эффективнее, запас хода вырос в несколько раз, а главное, новых моделей, которые можно реально купить, становится все больше. Согласитесь – между никому не нужным GM EV1 из девяностых и долгожданной Tesla Model 3, на которую поступили сотни тысяч заказов, пролегает огромная пропасть. А что с FCV? Да, собственно, ничего – никакого существенного прорыва в водородной энергетике не наблюдается не то, что годами – десятилетиями. И причина – в самом водороде.

На эту тему написано множество статей, поэтому постараемся изложить суть проблемы максимально кратко. Да, водород – отличный энергоноситель, и построить работающий на нем автомобиль совсем не сложно: у многих компаний давно имеются ходовые прототипы, причем некоторые из них просто сжигают газ в ДВС – это все равно эффективнее, чем жечь углеводородное топливо. Однако в чистом виде водород на Земле не встречается, а получать его в нужных для автопрома объемах путем паровой конверсии природного газа, биологическими методами или банальным электролизом либо невыгодно, либо попросту невозможно. Из-за малого размера атомов хранить водород сложно и дорого – что в сжатом, что в сжиженном состоянии. К тому же опасно (слышали про гремучий газ?). По-настоящему массовое производство водородомобилей требует наличия развитой заправочной инфраструктуры – со всеми вытекающими (и просачивающимися сквозь стенки контейнеров и труб).

Иными словами, сделать один FCV, который заправляется так же быстро, как машина на бензине или солярке, имеет большой запас хода, разгоняется как EV с аккумулятором и не загрязняет окружающую среду – легко. Пересадить на подобный транспорт хотя бы один процент автомобилистов мира – теоретически можно, но пока непонятно – как. Потому-то в 2017 году серийные модели водородомобилей можно пересчитать по пальцам одной руки – Toyota Mirai, Honda Clarity, да еще Hyundai ix35/Tucson Fuel Cell, сделанный из обычного кроссовера прошлого поколения. При этом продаются перечисленные машины крошечными тиражами, а чаще и вовсе сдаются в лизинг – клиент сразу оплачивает и водород, который ему больше негде взять, и техобслуживание.

Тем не менее, водородная тема неспешно, но развивается, причем стараниями не только автопроизводителей, но и правительств. В конце прошлого года стало известно, что министерство транспорта Германии собирается потратить 250 миллионов евро на исследования в данной области и строительство заправочных станций. До того как Великобритания решила сделать ручкой Евросоюзу, английская фирма Riversimple получила от европейского правительства грант на разработку доступного двухместного водородомобиля Rasa. Но ключевую роль в этом процессе играют все-таки автогиганты. За последние год-два сразу несколько ведущих брендов активизировали свою деятельность по части FCV: показали новые, близкие к конвейеру прототипы, озвучили более-менее конкретные производственные планы.

Та же Toyota, рассчитывающая к 2050 году полностью отказаться от ДВС, намерена создать целое семейство водородных моделей на базе седана Mirai. Она уже поделилась технологией со своей премиальной «дочкой»: осенью 2015 года Lexus показал работающий на водороде концепт LF-FC. В товарном исполнении он превратился в новое поколение седана LS, у которого из «зеленых» имеется только гибридная модификация – ее вот-вот покажут в Женеве. При этом «Лексус» все-таки собирается вывести на рынок FCV к 2020 году, но это будет не седан, а кроссовер – в нем проще разместить силовую установку на водороде без ущерба для динамики.

Сотрудничающая с «Тойотой» компания BMW также заимствовала «начинку» Mirai для своих прототипов на базе 5-Series GT и i8. Кроме того, баварцы объявили о разработке нового способа сжатия водорода при особо низких температурах: он позволит вместить в баллон больше топлива, а значит – увеличить запас хода.

Hyundai уже в 2017 году должна представить преемника своего ix35/Tucson Fuel Cell. Новый FCV получит иную платформу и будет дешевле, а дальность хода при этом вырастет с 600 до 800 км. В 2021 году серийный водородомобиль появится у KIA. EVmode.ru предполагает, что обе эти модели группа Hyundai-KIA построит на той же архитектуре, которая используется в Ioniq и Niro.

Honda выбрала путь диверсификации: к Clarity FCV она добавит Clarity EV и Clarity PHEV. При этом японцы недавно вступили в новый альянс с General Motors: партнеры создадут в США совместное предприятие Fuel Cell System Manufacturing, которое будет производить топливные ячейки нового поколения. СП начнет работу в 2020 году.

Mercedes-Benz прошлым летом показал кроссовер GLC F-Cell. Это своеобразный гибрид: электромотор в нем питается и от топливных ячеек, и от литий-ионной батареи, заряда которой хватает на 48 км пути. В нынешнем году машина должна поступить в продажу в Германии, США и Японии, а в следующем к списку рынков добавится Великобритания – по крайней мере, так предполагалось изначально.

Чуть больше года назад Audi представила на выставке в Детройте кроссовер h-tron quattro. С точки зрения дизайна это тот же электромобиль e-tron quattro, но в данном случае электромоторы – 120-сильный передний и 188-сильный задний – заряжаются от топливных элементов. Трех баллонов водорода хватает на 600 км. e-tron поступит в продажу в 2018 году, h-tron – никак не раньше 2020-го.

А вот Nissan разработал для своего электрического фургона e-NV200 силовую установку на твердооксидных топливных элементах. В данном случае водород в машину не заправляется, а производится на борту из биоэтанола, работать с которым выгоднее и безопаснее. Система получила название e-Bio Fuel Cell, ориентировочная дата начала серийного производства – снова 2020 год.

Существует, конечно, и всякая FCV-экзотика, вроде 1000-сильного тягача от американского стартапа Nikola Motor или суперкара H2 Speed, который знаменитое итальянское кузовное ателье Pininfarina собирается выпустить мини-серией в 10 штук, но в нашем случае подобные инициативы можно не брать в расчет – на глобальные тенденции они никак не влияют.

Итого. Что именно может вызвать водородную революцию – по-прежнему не ясно, но боссы автопрома явно верят в ее возможность и уже начали готовиться. По большому счету, пока речь идет лишь об имиджевых проектах – заработать на аккумуляторных электрокарах компаниям значительно проще. Лично мы в редакции EVmode.ru не думаем, что FCV смогут сравняться с EV, а тем более подвинуть их с рынка в обозримом будущем. В конце концов, потенциал батарей еще и близко не раскрыт: та же BMW собирается через 10 лет перейти на твердотельные литий-ионные аккумуляторы, которые позволят запасать гораздо больше энергии и при этом будут легче и компактнее батарей с жидким электролитом. Поэтому гораздо более вероятным кажется сценарий сосуществования обеих технологий.

Александр Орехов
Александр Орехов
Редактор, соучредитель
http://evmode.ru