Что лучше водородный или бензиновый двигатель

ВОДОРОДНАЯ БОМБА АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЯ

ВОДОРОДНАЯ БОМБА АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЯ

Г лавный цвет нынеш-него Парижского автосалона — зеленый. С тех пор как техническими характеристиками автомобилей никого уже нельзя удивить, козырем автоконцернов становится борьба за экологию. И хоть потребление нефти растет год от года, производители видят автомобиль будущего намного более дружелюбным к окружающей среде. Теперь продается лучше не тот, кто быстрее ездит, а тот, кто меньше «дымит».

«Чистых» новинок в Париже немало. Toyota показала новую, более мощную модификацию своего бензин-электрического гибрида Prius GT. Сверхэконом заметно прибавил в мощности: теперь в распоряжении водителя целых 147 л.с. Совсем не типичные цифры для машин со сверхнизким расходом топлива! Впечатляет и другая разработка концерна — концепт-кар D-4D 180 Clean Power, выхлоп 2,2-литрового двигателя которого на 50 — 80% безопаснее самых жестких экологических требований «Евро-4». Но самый интересный экспонат притаился на стенде BMW — в рамках проекта Clean Energy немецкий концерн привез на автосалон настоящую водородную машину.

В принципе водород как топливо будущего — не новость. Но два радикальных вопроса пока не поддаются решению. Во-первых, водородные автомобили негде заправлять, а создание инфраструктуры заправок по всему миру требует фантастических средств. Во-вторых, большинство проектов автомобилей на водороде используют топливные элементы. В них газ соединяется с кислородом, образуя воду и электричество, которое подается на электромоторы. Иными словами, водород просто вырабатывает ток. Но топливные элементы очень объемны и тяжелы для автомобиля, а отсутствие водородных заправок повсеместно заставляет подстраховываться и ставить либо аккумуляторы, либо — дополнительный бензиновый двигатель.

В результате автомобили на топливных элементах дальше автосалонов не ездят.

Инженеры BMW решили все проблемы удивительно изящно. Не надо ничего менять, считают они. Водород можно сжигать в цилиндрах обычного двигателя внутреннего сгорания. Он лучше горит, выделяет больше энергии и в любом случае совершенно экологичен. Ведь оксид водорода — обычная вода.

В результате получается что-то вроде всем известной схемы «газ — бензин», только вместо пропана — водород. Для этого двигатель пришлось очень сильно доработать, например, поручить открытие клапанов вместо распредвала электромагнитам под управлением компьютера. Не меньше хитростей и в баке для топлива: жидкий водород хранится при температуре минус 235°C. Естественно, при нормальных температурах он активно кипит, и, чтобы бак не взорвался, баварские инженеры придумали массу интересных вещей. Так, чтобы охлаждать бак, автомобиль будет вырабатывать жидкий воздух прямо из атмосферы и закачивать его в ячейки теплоизоляции бака. Это, по словам инженеров, позволит хранить водород в баке около двух недель, даже если машина никуда не ездит.

Самое интересное, что машины, построенные BMW, — не концепт-кары, а самые обычные «семерки». Их 4,4-литровые V-образные 8-цилиндровые двигатели развивают на водороде 184 л.с. На этом топливе (емкость в последней версии авто составляет 170 литров) лимузины могут пройти 300 километров, и еще 650 километров — на бензине (в машине оставлен стандартный бак). И компания обещает, что еще при жизни этого поколения седьмой серии поставит водородные машины на конвейер. Также компания создала более мощный, 12-цилиндровый двухтопливный двигатель, а еще оснастила 4-цилиндровым 1,6-литровым водородным движком экспериментальный MINI Cooper.

Это значит, что водородная революция, во-первых, произойдет очень скоро, а во-вторых, будет бескровной. Просто если у него в регионе появится хоть одна водородная заправка, владелец BMW переведет селектор в своем автомобиле с бензина на водород и не станет беспокоиться о наличии водородных заправок на всем пути своего следования.

Водородное топливо

LH2 является самым экологически чистым видом моторного топлива, поэтому его перспективы очевидны

Водородное топливо

В Австралии на бурых углях в штате Виктория отрабатывается технология технология газификации угля с последующим выделением водорода, вернее удаления серы, ртути и двуокиси углерода (СО₂).

В Норвегии — Nel Hydrogen отрабатывает технологию использования ВИЭ для высокотемпературного электролиза для разделения воды на водород и кислород, который будет выбрасываться в атмосферу.

Kawasaki Heavy Industries разрабатывает морской танкер — водородовоз для транспортировки жидкого водорода ( LH₂).

Водород

Водород (H) является самым распространенным элементом на Земле, но в обычных условиях он не встречается ни в виде водорода H, ни в виде газообразного водорода (H₂).

Благодаря своим характеристикам он легко вступает в реакцию с другими органическими соединениями с образованием, например, воды (H₂O).

Во время этой реакции образования воды из водорода и воздуха выделяется энергия, которую можно использовать в качестве электричества.

Чтобы сделать эту реакцию полезной для промышленного производства электроэнергии, необходимо произвести водород, например из воды путем разделения атомов на кислород и водород посредством электролиза.

Есть другие технологии:

• использование газов, оставшихся от химических процессов, например метана, угля, нефти и биомассы.

Для производства водорода существуют разные способы, которые сильно различаются как с точки зрения экологичности, так и с точки зрения стоимости.
Экологичность — важный критерий производства водорода.
Чем больше оксидов углерода выделяется при производстве водорода, тем менее экологичным он будет считаться.
Для простоты каждый «сорт» произведенного по разным технологиям принято обозначатьцветом, хотя правильнее — по углеродному следу.

Реакция взаимодействия водорода с кислородом происходит с выделением тепла.

Если взять 1 моль H₂ (2 г) и 0,5 моль O₂ (16 г) при стандартных условиях и возбудить реакцию, то согласно уравнению

после завершения реакции образуется 1 моль H₂O (18 г) с выделением энергии 285,8 кДж/моль.

Для сравнения: теплота сгорания ацетилена — 1300 кДж/моль, пропана — 2200 кДж/моль.

1 м³ водорода весит 89,8 г (44,9 моль), поэтому для получения 1 м³ водорода будет затрачено 12832,4 кДж энергии.

1 кВт*ч = 3600 кДж, поэтому получим 3,56 кВт*ч электроэнергии.

Целесообразность перехода на водородное топливо можно оценить, сравнив имеющийся тариф на 1 кВт*ч электричества и, к примеру, стоимость 1 м³ газа или стоимость другого энергоносителя.

Получение водорода

• 1.Электролиз водных растворов солей:

2NaCl + 2H₂O → H2↑ + 2NaOH + Cl2

• 2.Пропускание паров воды над раскаленным коксом при температуре около 1000°C:

• 3.Из природного газа.

Конверсия с водяным паром: CH₄ + H₂O ⇄ CO + 3H₂ (1000 °C) Каталитическое окисление кислородом: 2CH₄ + O₂ ⇄ 2CO + 4H₂

• 4. Крекинг и реформинг углеводородов в процессе переработки нефти.
• 5. Действие разбавленных кислот на металлы. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и соляную кислоту:

• 6.Взаимодействие кальция с водой:

• 7.Гидролиз гидридов:

• 8.Действие щелочей на цинк или алюминий:

• 9 .С помощью электролиза. При электролизе водных растворов щелочей или кислот на катоде происходит выделение водорода, например:

2H₃O + + 2e — → H₂↑ + 2H₂O

• Биореактор для производства водорода

Физические свойства

Химические свойства

Молекулы водорода Н_₂ довольно прочны, и для того, чтобы водород мог вступить в реакцию, должна быть затрачена большая энергия:

Поэтому при обычных температурах водород реагирует только с очень активными металлами, например с кальцием, образуя гидрид кальция:

Ca + Н₂ = СаН₂ и с единственным неметаллом — фтором, образуя фтороводород:

С большинством же металлов и неметаллов водород реагирует при повышенной температуре или при другом воздействии, например при освещении.

Он может «отнимать» кислород от некоторых оксидов, например:

Записанное уравнение отражает реакцию восстановления — процесс, в результате которого от соединения отнимается кислород; вещества, отнимающие кислород, называются восстановителями (при этом они сами окисляются).

Реакция восстановления противоположна реакции окисления.

Обе эти реакции всегда протекают одновременно как 1 процесс: при окислении (восстановлении) одного вещества обязательно одновременно происходит восстановление (окисление) другого.

С галогенами образует галогеноводороды:

F₂ + H₂ → 2 HF, реакция протекает со взрывом в темноте и при любой температуре, Cl₂ + H₂ → 2 HCl, реакция протекает со взрывом, только на свету.

С сажей взаимодействует при сильном нагревании:

Водородная или газовая тяга: что выгоднее, дешевле и лучше для инфраструктуры?

Для достижения этих целей обсуждается использование новых видов тяги – природный газ, водород, накопители энергии, биодизель и т. д. Но каких инвестиций требует производство и эксплуатация тяги на новых видах топлива? И главное – что препятствует революционному шагу в этом вопросе? Ответы на эти вопросы попытались найти участники дискуссии «От нулевого спроса к «нулевому выбросу» в рамках прошедшего на днях международного железнодорожного салона пространства 1520 «PRO//Движение.Экспо».

Цель поставлена, единство не достигнуто

Достижение углеродной нейтральности – цель ОАО «РЖД» в долгосрочной перспективе, отмечает руководство компании. Позиция монополии четкая: холдинг, как говорит генеральный директор – председатель правления ОАО «РЖД» Олег Белозеров, заинтересован в покупке современного подвижного состава, соответствующего требованиям экологии, и в разработке ранее не выпускавшихся типов силовых тяговых установок. Один из реализуемых на сегодня проектов – организация на острове Сахалин пассажирского железнодорожного сообщения поездами с водородными топливными элементами. Напомним, что в 2019 году РЖД, «Росатом», ТМХ и власти Сахалинской области подписали соответствующее соглашение. В планах ТМХ – начать пассажирское сообщение на водородных поездах на Сахалине в 2024 году.

Кроме того, идет работа по развитию газовой тяги. «РЖД совместно с ВНИКТИ и ВНИИЖТ реализует программу модернизации существующего парка магистральных грузовых и маневровых тепловозов с переводом дизельного двигателя на работу по газодизельному циклу. Завершение работы над конструкторской документацией ожидается в 2022 году», – говорит и. о. заместителя генерального директора – главного инженера ОАО «РЖД» Владимир Андреев.

Использование новых типов подвижного состава планируется на Дальнем Востоке, в курортных и популярных среди туристов регионах страны, в городских агломерациях.

Ожидается, что в следующем году пройдут испытания контрольной партии из пяти локомотивов на литий-ионных аккумуляторных батареях.

Все эти проекты В. Андреев называет «живыми и настоящими». Но сами производители и эксперты обозначают проблемы, замедляющие активное и быстрое внедрение тяги на альтернативном топливе. Как следствие – единого мнения о том, что лучше – водород или газ, на рынке нет.

Кто от кого в отрыве?

Сегодня водород – самое энергоемкое и легкое вещество из всех видов топлива. И получать его можно практически из любого углеводородного топлива: бензина, дизельного топлива или пропан-бутановых смесей. Но для развития водородной энергетики на государственном уровне решения требует вопрос, в каком виде доставлять водород к месту его получения.

Осенью 2017 года на железнодорожном вокзале Вольфсбурга в Германии был представлен первый в мире поезд на водородном топливе, запущенный в серийное производство. Региональный поезд Coradia iLint был разработан французской машиностроительной компанией Alstom.

В России 9 августа правительство РФ утвердило концепцию развития водородной энергетики в России. Первый ее этап рассчитан на 3,5 года. Он предполагает создание профильных кластеров и реализацию пилотных проектов по производству и экспорту водорода, а также применение водородных энергоносителей на внутреннем рынке.

По мнению заместителя гендиректора по техническому развитию АО «Трансмашхолдинг» Александра Ермонского, в краткосрочной перспективе развиваться будет производство локомотивов, имеющих гибридные двигатели, в среднесрочной – газовые и в долгосрочной – водородные. «Сегодня самой перспективной является гибридная технология. Это то, что можно применять непосредственно сейчас, рассчитав плюсы и минусы и показав экономическую эффективность. Следующий этап развития – эффективно работающие газовые тепловозы. В первую очередь маневровые и далее – магистральные тепловозы», – отметил он.

А. Ермонский подчеркивает, что на данный момент водородная технология проигрывает дизелю как с точки зрения удельной тяги и удельного веса самой установки, так и с экономический точки зрения.

Как уже было отмечено, ТМХ сегодня работает над проектом рельсового автобуса на водороде. Но, по мнению генерального директора ООО «Криомаш – Балашихинский завод криогенного машиностроения» Кирилла Лятса, проект на Сахалине – крайне неэффективная технология с точки зрения парниковых газов. «Это будет намного более опасное использование водорода, чем СПГ. Сегодняшние практики компании Exxon Mobil в Австралии показывают, что более 50% СО₂ при получении водорода невозможно закачать в пласт. Австралийское правительство выделило грант на такого рода установку, но у Exxon не получилось, и они выплатили компенсацию. То есть нет позитивного опыта. Соответственно, Сахалин может стать вулканом по извержению парниковых газов, получая водород», – заявил К. Лятс.

При этом он подчеркивает, что только водород, получаемый электролизом из воды, может быть на 100% экологически чистым с точки зрения парниковости. Но пока этого нет, СПГ является достаточно эффективным решением для локомотивов.

«Но если у локомотива выбросы метана более чем 4% от объема, заряжаемого в бак, то даже СПГ-локомотив становится более опасным в плане выброса парникового газа, чем дизельный локомотив, потому что соотношение выбросов метана в атмосферу к СО₂ – это как 25 к 1», – говорит спикер.

Кроме того, ТМХ сегодня совместно с РЖД и «Роснано» приступили к проектированию электровоза с аккумуляторной тягой. В 2013 году Брянский машиностроительный завод (входит в ЗАО «ТМХ») выпустил ТЭМ19 – шестиосный маневровый тепловоз с газопоршневым двигателем. Сегодня проектируется модификация газового тепловоза ТЭМ29.

Также на Брянском заводе планируется освоить выпуск ТЭМ23. Это новейший четырехосный, двухдизельный маневровый тепловоз модульной конструкции, оборудованный двумя дизельными двигателями мощностью 309 или 368 кВт каждый – в зависимости от исполнения тепловоза.

Другой производитель – АО «Синара – Транспортные машины» – в 2011 году представил проект первого в России локомотива с гибридной силовой установкой – инновационный маневровый тепловоз SinaraHybrid. Следующий знаковый проект – магистральный двухсекционный газотурбовоз (локомотив с газотурбинным двигателем) ГТ1. Это самый мощный газотурбовоз в мире.

«С точки зрения перевода на новый технологический уклад мы развиваем новый подход в части наших продуктовых линеек. Две основные продуктовые линейки – малый маневровый локомотив – в 2022 году представим РЖД и также делаем специальную версию для промтранспорта», – говорит заместитель директора центра по перспективным разработкам СТМ Леонид Кузнецов.

На основе новой магистральной платформы локомотива 2Т35А также прорабатывается три альтернативных варианта тяги. С 2022 по 2027 год «Синара» выводит на рынок новую линейку продуктов – на основе как газа, так и водорода.

Газовые перспективы

По словам участников дискуссии, локомотивы, работающие на СПГ, должны быть идеальными с точки зрения потребления газов без выброса в атмосферу. Не должно быть никаких утечек и аварий на магистральных газопроводах.

Сегодня ведущие российские компании ведут разработки газомоторных локомотивов в двух направлениях: газотурбовозы, где используется газотурбинный двигатель, и газотепловозы, оборудованные газопоршневым двигателем. Но на сети сегодня эксплуатируются только два газотурбовоза.

В. Андреев говорит, что проблема – в производстве газовой турбины. «Производитель не в состоянии поставить в том объеме, который нам необходим. Он не закроет проблему на БАМу. Поэтому сейчас мы и обсуждаем более реализуемые двигатели», – говорит он.

В продолжение А. Ермонский обращает внимание на то, что производство газовой тяги стоит дороже. «Есть дилемма – как получить эффект от внедрения инновационной техники? Нужен инновационный тепловоз, но как экономически обосновать его цену и как сделать этот проект выгодным для производителей и заказчика – сложный вопрос», – сказал он.

С учетом всех проблем внедрения транспорта на газе, по мнению некоторых участников рынка, будущее – за электронакопителями для всех больших видов транспорта.

«Более 10 лет идет проект газификации транспорта «Газпрома», но ничего практически не газифицировано в России. А для сравнения: в Китае – сотни тысяч машин. Москва сразу перешла на электробусы, минуя стадию перехода на газ. Если государство не обратится к частным компаниям по созданию инфраструктуры и хабов СПГ, мы ничего не достигнем. Частная инициатива должна быть везде. Иначе ничего развиваться не будет – ни газовая, ни водородная инфраструктура», – высказывается К. Лятс.

На цену вопроса внедрения газовой тяги обращает внимание и президент Национального исследовательского центра перевозок и инфраструктуры Павел Иванкин. РЖД, как они сами отмечают, готовы использовать газотурбовозы, но вопрос в стоимости топлива. По существующей сегодня формуле дальнейшее тиражирование этой технологии на сеть приостановлено. «РЖД – это естественная монополия, цены на услуги которой контролируются государством. И несмотря на то, что у РЖД есть интересный посыл и готовность впитывать новые технологии, эти технологии в первую очередь должны снижать эксплуатационные затраты», – говорит П. Иванкин.

Но производителям сегодня не хватает финансовых ресурсов, для того чтобы сделать инновационную технику, а РЖД – вложиться в эти испытания и получить какой-то эффект. «Поэтому пока эта цепочка не срастется, наш диалог будет идти от нулевого спроса. Для того чтобы прийти к нулевым выбросам, нужно отойти от нулевого спроса», – комментирует эксперт.

О том, что газовые технологии при производстве локомотивов не позволят достичь абсолютно нулевого выброса СО₂, и поэтому следует обратить внимание на электроэнергию, считает и директор бизнес-подразделения «Подвижной состав» ООО «Сименс Мобильность» Дмитрий Кузнецов. «Стоит развивать электрическую зеленую генерацию – ветровую солнечную энергию. Возобновляемые источники энергии должны быть базой для этого нулевого выброса на железной дороге. В нашей стране есть огромный потенциал развития для этого», – говорит спикер. В пример он приводит Германию, где для аккумуляторных и водородных поездов строится необходимая инфраструктура – ветро- и солнечные установки.

Сегодня Россия в целом и РЖД в частности наблюдают устойчивый тренд на электрификацию большой части железных дорог. И, как говорят и производители, и эксперты, этот тренд постоянный.

Нельзя зацикливаться

В июле прошлого года Евросоюз принял стратегию внедрения возобновляемого водорода.

На этапе с 2025 по 2030 год водород должен стать неотъемлемой частью интегрированной энергосистемы, в которой мощности по электролизу возобновляемого водорода составят минимум 40 ГВт.

Первый заместитель генерального директора – главный инженер АО «ВНИКТИ» Юрий Бабков отмечает, что нужно разграничивать вопросы углеродного следа и экологичности как снижения объема вредных веществ NOx (оксиды азота), которые сопровождают процесс горения в двигателе внутреннего сгорания. И использование водорода нельзя рассматривать без изучения вопросов его производства. «Если смотреть с точки зрения экологичности, самый экологичный вид – водород. Потому что на выхлопе получается водяной пар, который, кстати, также является парниковым газом. Далее – где-то посередине находятся двигатели, работающие на газе. Можно сказать, что в сравнении с дизельными двигателями содержание NOx сокращается в 6 раз, СО₂ – углеродный след – на 25%», – говорит Ю. Бабков.

Ученые института провели математическое моделирование и просчитали, какой углеродный след остается при перевозке поезда массой 7100 т на Восточном полигоне, на участке Таксимо – Комсомольск-на-Амуре. «Если взять за 100% выбросы тепловоза с дизельным двигателем, получилось, что 54% остается от водородного локомотива с КПД топливных ячеек 60% на сжиженном водороде, полученном методом парогазовой конверсии из метана. И 76% – от работы газопоршневого локомотива», – сообщил Ю. Бабков.

При этом, по его словам, один из главных вопросов, которые необходимо решить в РФ, – создание нормативной базы. Касательно СПГ она наработана, чего нельзя сказать о водороде, добавляют во ВНИКТИ.

При этом важно, как отмечает генеральный директор ИПЕМ Юрий Саакян, не зацикливаться на возобновляемых источниках энергии.

Несмотря на палитру мнений о приоритетности развития того или иного вида топлива, все участники сходятся в одном: для развития необходимы государственные инвестиции и поддержка таких проектов.

Генеральный директор ООО «ИнЭнерджи» Алексей Кашин на фоне тренда на климатические ограничения говорит о важности вопроса технологической связанности. «Мне кажется, что пик спроса на такие безуглеродные технологии еще впереди. Водородный локомотив в большом смысле еще только разгоняется», – резюмирует он.

Водородное озеленение: Европа положилась на самый легкий газ

Германия объявила о намерении открыть в Москве бюро по вопросам производства и экспорта водородного топлива. В целом немцы планируют вложить €2 млрд в международный рынок водорода в течение нескольких ближайших лет. Почему водородное топливо стало настолько востребованным и как развивается его рынок во всем мире и России — в материале «Известий».

Вперед и вверх

В долгосрочных планах большинства крупных государств мира — быстрое развитие возобновляемых источников энергии, которое поможет экономикам стать «углеродно-нейтральными», то есть выделять не больше углекислого газа, чем он поглощается окружающей средой. Евросоюз планирует снизить до нуля чистые выбросы CO2 к 2050 году («Европейский зеленый курс»), Китай — к 2060-му. Недавно свои планы опубликовала и Индия, которая, несмотря на нынешнее колоссальное потребление угля, также обещала углеродную нейтральность ровно к середине века. При этом снижать энергопотребление эти страны и блоки не собираются — напротив (особенно в развивающихся государствах), намерения поддерживать рост экономики и энергетики выглядят вполне ясно.

Решить эту дилемму предполагается за счет возобновляемых источников энергии. С каждым годом их использование растет. В Китае, например, выработка электричества из возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в 2020 году выросла на 8,4%, до 2214 тераватт-часов. Доля таких источников достигла без малого 30% (среди которых, впрочем, более двух третей пришлось на гидроэлектростанции). В Евросоюзе по итогам года 38% произведенной электроэнергии пришлось на возобновляемые источники — на процентный пункт больше, чем из угля и углеводородов. Динамика в большинстве стран мира такова, что ВИЭ со временем будут занимать всё больше и больше места в энергетическом балансе.

Однако на данном пути есть серьезные препятствия, главное из которых заключается в нестабильности альтернативных источников энергии, с которыми не могут справиться даже самые сложные и продуманные энергосети. Солнце светит не всегда, более того, производство солнечной электроэнергии очень часто расходится по пикам с энергопотреблением. То же самое можно сказать и о ветре. Гидроэнергетика дает более или менее стабильный ток (за исключением случаев с экстремальными засухами), но возможности ее расширения довольно ограничены. Одним словом, производить энергии из ВИЭ можно в больших объемах без особых затруднений, но совсем другое дело — хранить ее.

Батареи представляются самым простым решением, но оно имеет свои серьезные ограничения. Плотность энергии у них низкая, так что требуются совершенно циклопические масштабы их производства, чтобы закрыть все потребности. К примеру, объемы производства на крупнейших заводах отрасли, гигафабриках Tesla, таковы, что для полного удовлетворения двухдневного спроса на энергию всех видов в США им потребуется тысяча лет непрерывного производства. Кроме того, расширение их производства потребует роста добычи разнообразных полезных ископаемых (в первую очередь, лития), что потребует еще больше энергии. Разумеется, батареи еще какое-то время будут расти в эффективности и дешеветь, но время экспоненциального роста в этой области уже прошло. Нужно искать еще какие-то альтернативы.

Чистое решение

И вот здесь на первый план выходит водород. По энергетической плотности он почти в три раза превосходит бензин и дизельное топливо, и его действительно можно получать «чистым», не требующим большого количества выбросов CO2 способом. При этом, в отличие от зарядок для электромобилей, сеть которых нужно фактически создавать с нуля, тратя при этом сотни миллиардов, если не триллионы долларов, он отлично подходит к существующей топливной инфраструктуре на дорогах.

Еще одно бесспорное преимущество водорода состоит в быстрой заправке. Зарядка батареи электромобиля сейчас требует от получаса до нескольких часов, тогда как водородный двигатель можно заполнить за пять минут — чуть медленнее, чем обычный бензиновый. Наконец, запас хода для водородного топливного элемента превышает 480 км, что существенно больше того, что могут предложить стандартные электрокары. В принципе, такую дальность в теории могут развивать и электромобили, но для этого им требуются исключительно мощные и большие батареи, что опять же намного увеличивает время заправки.

Идея использовать водород в качестве энергоносителя получила популярность еще в 1950–1960-е годы. Первый автомобиль с водородным двигателем был построен корпорацией General Motors. Некоторые успехи были сделаны и по другую сторону железного занавеса — в 1988 году самолет Ту-154 взлетел с одним из двигателей, работающих на водороде.

Дорогое удовольствие

Технологическая сложность и дороговизна, тем не менее, долго отпугивали потенциальных инвесторов и откладывали выход водородной энергетики на широкий рынок. Второе дыхание она обрела только в 2010-е годы, на фоне увеличения «экологической сознательности» как населения, так и корпораций. Неудивительно, что сторонники зеленой энергетики, видя пробуксовку и объективные пределы роста экономики батарей, решили обратиться к водороду, считая его намного более перспективным.

Объемы производства водорода велики уже сейчас — по итогам 2020 года общий его уровень превысил 70 млн т нефтяного эквивалента, а в стоимостном выражении составил $177 млрд. У этих впечатляющих цифр есть два «но». Во-первых, свыше 90% произведенного водорода на данный момент используется в химической промышленности (при производстве удобрений), в нефтепереработке и при производстве метилового спирта. На водород как энергоноситель уходит крошечная часть выработки соответствующего сектора промышленности. Сейчас в мире выпускается лишь несколько марок машин на водородном топливном элементе, в основном в Японии (наиболее известная — Toyota Mirai, корпорация в конце 2020 года выпустила второе поколение данной модели). Стоимость машин с таким двигателем начинается от $80 тыс., что намного дороже не только бензиновых аналогов, но и электромобилей.

Согласно прогнозу банка Morgan Stanley, к 2050 году рынок водорода достигнет $600 млрд, из которых примерно четверть придется на транспортную отрасль, которая может включать в себя как легковые автомобили, так и коммерческий транспорт. Однако пока это лишь предположение. Реальность скромнее: согласно всем опубликованным в Евросоюзе планам, на протяжении следующего десятилетия в производство водорода должно быть (при помощи государственных субсидий) инвестировано €300 млрд. Однако общая сумма обещанных государствами и компаниями вложений не превышает €80 млрд. 8 млрд евро в год для самого озабоченного вопросами углеродно-нейтрального будущего континента всё же маловато.

Вторая проблема, связанная с водородной экономикой, заключается в том, что на данный момент он не является в полном смысле углеродно-нейтральным. Весь произведенный в мире водород условно подразделяется на цвета в зависимости от источника его выработки. Абсолютное большинство производимого в мире водорода принадлежит к «серой» или «синей» категориям. «Серый» водород производится из природного газа и, соответственно, обладает такими же характеристиками по выделению CO2, только еще и с некоторой потерей энергии. «Синий» также производится из газа (метана), только при этом используется еще и технология захвата углерода. Второй способ, естественно, значительно дороже. Наконец, «зеленый» водород с точки зрения выбросов является более или менее чистым, так как производится через электролиз воды, причем исходное электричество должно также происходить из возобновляемых источников. Однако на данный момент этот способ является исключительно слабо распространенным — менее процента от всего водорода искусственного происхождения делается этим способом. В первую очередь это связано с большими энергопотерями — около 30% только напрямую в процессе электролиза, что куда больше, чем при выработке с использованием природного газа.

Плановый рост

Тем не менее европейские компании наращивают производство водорода, в особенности нефтяные. Это понятно: у них уже наработан большой опыт, связанный с производством водорода и его использованием в процессе переработки. Скажем, Shell строит в Германии завод, который сможет производить 1300 т водорода ежегодно. Масштабные планы на водород имеет и BP, самая активная в развитии возобновляемых источников международная нефтяная компания.

Помимо использования в качестве топлива, водород также имеет смысл для использования при выплавке стали. Сталь ответственна примерно за 10% мировых промышленных выбросов углекислого газа, так что при нынешней европейской политике углеродных квот металлурги начинают активно задумываться об альтернативах. Однако и они пока по большей части используют «серый» или в крайнем случае «синий» водород.

Развитие водородного рынка — для России хорошая новость. В небольших объемах водород производят в стране и сейчас (например, в Магаданской области), но в перспективе производство может вырасти в разы, а то и на порядки. Дело в том, что Россия — энергоизбыточная страна. ВИЭ здесь развиты слабо, но это с лихвой компенсируется мощной гидроэнергетикой, которая опять-таки имеет серьезные перспективы к росту.

Однако поставлять электричество напрямую в Европу или Восточную Азию не очень-то выгодно: потери при транспортировке по сетям будут слишком велики. «Зеленый» водород может это исправить — «лишняя» энергия будет уходить на электролиз и дальнейшие поставки уже в жидком виде. Для транспорта могут быть использованы и существующие мощности газопроводов, напрямую соединяющих Россию и западноевропейские страны.