Недавно я записал на YouTube видео об автомобилях на водородных топливных элементах (оно скоро будет опубликовано, и я добавлю ссылку, когда оно появится). Один из вопросов, который я не затронул в видео, но который представляет собой интересный мысленный эксперимент, касается гибридных автомобилей с подключаемыми водородными батареями. Я могу найти только одну модель, поступающую в продажу в Австралии, – Hyundai N Vision 74. Теоретически, такой подход мог бы уберечь водород от проигрыша в конкурентной борьбе за замену автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Я все еще так не думаю, но это интересная идея.
Сначала позвольте мне объяснить, почему, на мой взгляд, электромобили на аккумуляторных батареях (BEV) выигрывают и будут выигрывать в этом соревновании. Технология BEV уже достигла того уровня, когда ее запас хода достаточен для большинства пользователей. Хотя первоначальные затраты по-прежнему выше, чем у автомобилей ICE, затраты на срок службы ниже. Для тех, у кого есть собственное парковочное место, а это первые пользователи, зарядка дома чрезвычайно удобна. И – что очень важно – технология производства аккумуляторов продолжает совершенствоваться, причем быстро. Уже существуют серийные аккумуляторы с использованием силикона в качестве анода в литий-ионных батареях, плотность энергии которых в два раза выше, чем у существующих аккумуляторов BEV (которые в настоящее время используются в самолетах). Скорее всего, через несколько лет они поступят в серийное производство наземных транспортных средств, и к 2030-м годам эта технология, вероятно, снова удвоит энергопотребление. У BEV есть и другие преимущества. Их можно использовать для рекуперативного торможения. Уже существует соответствующая инфраструктура для подзарядки, и она быстро развивается. Кроме того, они являются одними из самых экономичных транспортных средств. Эффективность накопления энергии в пути туда и обратно составляет более 90%, и они примерно в два раза эффективнее передают энергию на колеса, чем автомобили ICE.
Недостатком BEVs является время подзарядки. Быстрая зарядка может занять 15-20 минут, хотя новые аккумуляторы, которые появятся через несколько лет, будут заряжаться на 0-80% за 10 минут. На практике я лично не сталкивался с проблемой. Я быстро заряжаю аккумулятор в дороге только в длительных поездках, и даже 15-20-минутная подзарядка – это, по сути, остановка для отдыха. Сходите в туалет, возьмите что-нибудь перекусить или выпить в дорогу, и все готово. Это требует некоторого планирования, но программное обеспечение может сделать большую часть этого за вас. Но, конечно, было бы неплохо ускорить зарядку. Настоящим недостатком BEV, на мой взгляд, является сырье, необходимое для их изготовления: литий, кобальт, никель, марганец и графит (хотя графит будет заменен силиконом, которого больше). Опять же, исследователи работают над заменой кобальта и никеля более распространенными элементами, но на данный момент это потенциальная проблема.
Как насчет водородных топливных элементов? Они существуют, и технология работает. В производстве находятся водородные автомобили с пробегом в 300 миль. Большим преимуществом водорода является то, что его можно заправить за пять минут, что, по сути, аналогично заправке автомобиля ICE. Но у водорода есть много недостатков, которые, на мой взгляд, делают его далеко не лучшим выбором после BEV для повседневного использования. Главная проблема заключается в том, что в настоящее время у нас нет надежной водородной инфраструктуры, и многие технологи утверждают, что инфраструктура – это все. Вероятно, именно поэтому автомобили ICE сто лет назад превзошли BEV. Создание системы производства и распределения водорода – масштабный проект, на который уйдут годы. Кроме того, эффективность использования водорода составляет всего около 25-35%, что составляет менее половины мощности двигателя. Это большая потеря энергии, и если мы планируем выпустить на дороги миллиарды таких автомобилей, то такой расчет необходим. Кроме того, при использовании водорода отсутствует рекуперативное торможение. Кроме того, как для производства водорода, так и для топливных элементов требуются платина и иридий для выделения ионов. Это редкие элементы, и их просто недостаточно для парка автомобилей, работающих на водороде. Опять же, ведутся исследования, направленные на то, чтобы заменить их более распространенными элементами, но это пока неизвестно.
Но самым большим недостатком является сам водород. В настоящее время 96% водорода черного, коричневого или серого цвета, что означает, что он производится из ископаемого топлива. Некоторые из них синего цвета, что просто означает, что они улавливают углерод, но только около 1%. И синий водород лишь немногим лучше серого, что означает, что он по-прежнему оставляет плохой углеродный след. На самом деле, в большинстве случаев лучше просто сжигать природный газ для получения энергии, чем использовать его для производства водорода. В настоящее время менее 1% населения использует экологически чистый электролиз с использованием энергии ветра или солнца. Это огромная проблема. Пройдут годы, даже десятилетия, прежде чем появится экологичная водородная инфраструктура. И в промышленности существует огромный спрос на водород, поэтому, возможно, сначала следует использовать экологически чистый водород для замены более грязного водорода, необходимого для промышленности, а затем использовать его дополнительно для автомобилей. На мой взгляд, на данный момент это выгодная сделка для водорода. Пока мы не начнем производить огромное количество экологически чистого водорода, автомобили на водородных топливных элементах вредны для окружающей среды. Кроме того, к тому времени, когда у нас будет много экологически чистого водорода, технология производства аккумуляторов будет значительно лучше, чем сегодня. Водород просто не востребован.
Что подводит нас к идее создания гибридов с водородными батареями. В конечном счете, когда мы разработаем экологичный водород, это может стать хорошей идеей. Такие транспортные средства могут работать как последовательно, так и параллельно. Последовательное включение означает, что аккумулятор всегда приводит в движение колеса, а водородный топливный элемент используется исключительно для зарядки аккумулятора. Это упрощает электронику и всю систему в целом. Параллельное включение означает, что либо топливный элемент, либо аккумулятор могут приводить в движение колеса.
В любом случае, у этой системы могут быть существенные преимущества. Во-первых, вы получаете все преимущества BEV, перечисленные выше. Если бы у вас был аккумулятор с запасом хода в 100 миль, это позволило бы большинству людей совершать большую часть ежедневных поездок на работу. Вы, вероятно, проедете 90% или более миль только на аккумуляторе, который заряжается дома (от солнечных панелей, установленных у вас на крыше). Но у вас также есть запас водорода на 200 миль дополнительного пробега. Вам редко приходится использовать этот водород, но он всегда под рукой, когда вам это нужно. Кроме того, в длительных поездках вы получаете преимущество быстрой заправки и, возможно, даже небольшой подзарядки аккумулятора.
Основное преимущество гибридного автомобиля с точки зрения инфраструктуры заключается в том, что он значительно снижает потребность во всем необходимом сырье. Если бы производство аккумуляторных батарей для автомобилей сократилось на треть от того, что потребовалось бы для всех электромобилей, это значительно снизило бы нагрузку на цепочку поставок сырья. Кроме того, потребуется гораздо меньше водорода, поскольку он используется только в качестве резервного источника для дальних поездок. Использование однотипного технологического решения всегда является сложной задачей, поскольку оно приводит к перегрузке инфраструктуры, поэтому решением может стать гибридное решение.
Кроме того, следует отметить, что для автомобилей с большим радиусом действия, которым приходится регулярно преодолевать большие расстояния, водород имеет преимущество перед аккумуляторами. В первую очередь это связано с тем, что больший радиус действия означает большие аккумуляторы, а значит, больший вес, который приходится таскать с собой. Так, например, водород сам по себе или его гибриды могут найти применение в дальнемагистральных перевозках. Это также сократит инфраструктуру, необходимую для маршрутов грузовых перевозок. Поезда – еще одна возможность.
Ничто из этого не решает проблему грязного водорода. Я подозреваю и надеюсь, что на самом деле автомобили на водородных топливных элементах пока остаются в тени. Развивать технологию, но широко внедрять ее до того, как у нас появится экологичная водородная инфраструктура, было бы колоссальной ошибкой. Но через 20-30 лет, если у нас действительно будет экологически чистый водород (или если мы обнаружим огромные запасы водорода под землей), я думаю, гибриды с водородными батареями могут стать выходом. Но к тому времени батареи могут стать настолько дешевыми и мощными, что водород просто не сможет конкурировать. Посмотрим.
