У зеніті літа японська автомобілебудівна компанія Toyota анонсувала дату початку продажів свого першого серійного седана FCV на водневих паливних елементах: він вийде на ринок у квітні 2015 року. Заявлені можливості нового водневого електромобіля вражають: зарядка за 3-5 хвилин, пробіг 700 км з однієї заправки, стійкий запуск і робота при мінус 30 º.
Це стало можливим за рахунок того, що машина сама виробляє електрику з водню і кисню в спеціальних елементах, іменованих паливними енергетичними осередками. У них відбувається реакція сполуки водню і кисню з утворенням одного-єдиного продукту - води. Крім цього, виділяється тепло, яке так потрібно пасажирам в осінньо-зимовий період. Отримана електрика частково надходить в електродвигуни безпосередньо, частково - запасається в батареях. Ось така електростанція на колесах.
Отже, від звичайного електромобіля FCV відрізняється тим, що сам виробляє електроенергію, а від звичного вже гібрида з двигуном внутрішнього згоряння - відсутністю цього двигуна, неминучих вихлопів СО 2 та інших малоприємних газів. Зате водневі заправки, по суті, - це варіант вже апробованих заправок стиснутим природним газом, можливість легко переключитися на новий продукт.
Футуристичний дизайн нового авто цілком відповідає його внутрішній начинці
Ось тут і полягає головна інтрига: водень - це не вихідний продукт, як природний метан, видобутий із земних надр або одержуваний в ході біологічних процесів. Це газ хімічно активний і присутній навколо нас у вигляді різноманітних сполук, тобто, по суті, проміжний носій енергії. Якщо водневі машини стануть популярні, хто ще зможе заробити на цьому тренді, крім їх виробників?
Двигуни зірок
Водень - найпростіший атом в природі. Чого вже простіше - один протон в центрі і один електрон на орбіті навколо нього. Це і найпоширеніший елемент в нашому Всесвіті, на його частку припадає близько 89% всієї матерії. Це він «горить» в зірках, перетворюючись на гелій.
На нашій планеті ми зустрічаємо його у вигляді різних сполук, наприклад у вигляді води, H 2 O: два атоми водню і один кисню. Ще одне дуже поширене речовина, природний газ метан, містить один атом вуглецю і цілих чотири - водню. Ось вам і два основних способи отримання водню в промислових масштабах: розбити атом води або відірвати вуглець від молекули метану.
Найпростіший технічно спосіб - це розкладання води електричним струмом, відомий як електроліз . Постійний струм тече через воду, і на одному електроді виділяється водень, на іншому - кисень. Продукт виходить високої чистоти. Побічний продукт, кисень, також є важливою сировиною не тільки для техніки, а й для екології - в процесах очищення забруднених вод. Є ще один - так звана «важка вода», яка потрібна для атомної енергетики, а в перспективі - для термоядерної.
Другий шлях - так звана парова конверсія метану (ПКМ). Процес двоступінчастий: спочатку при температурі 750-850 º градусів на каталітичної основі відбувається розкладання метану в присутності водяної пари, а потім створюється вуглекислий газ СО 2 і водень. Гази розділяються, і водень поставляється споживачам, а ось парниковий СО 2 скидається в атмосферу. Є ще один нюанс - процес треба підігрівати тим же самим природним газом. І все ж саме ПКМ є самим поширеним у світі процесом отримання промислового водню.
Є й інші промислові способи. Наприклад, можна використовувати розпечений кокс (різновид кам'яного вугілля), на який випускається перегрітий водяний пар. Або можна просто нагріти воду до більш ніж 2500 º, і тоді молекули води почнуть розпадатися на атоми (правда, в цьому випадку досить складно запобігти їх подальшу рекомбінацію). Тобто отримувати водень ми, люди, вміємо. Питання в ціні процесу та наявності вихідних матеріалів.
Енергетична демократія в дії
Можна сказати абсолютно точно: якби не турбота розвинених країн про глобальної екології, зокрема прагнення скоротити викиди парникових газів, і перш за все СО 2 , У водневому паливі для машин не було б ніякої потреби. На коротких відстанях цілком ефективні і практичні електромобілі на вже наявних батареях, для більш традиційних машин вже створені цілком ефективні ДВС. Переклад автотранспорту на природний газ ще більшою мірою чистить вихлоп.
Але є й інший резон у розвитку нових автомобілебудівних технологій. Він пов'язаний з бажанням використовувати грандіозний світовий парк автомашин в якості головного споживача «зеленої» електроенергії. Сонячна енергетика, гідро-і вітроенергетика, в перспективі - отримання електроенергії з геотермальних джерел і за рахунок хвиль і морських течій об'єктивно знижує залежність локального споживача від диктату великих паливно-енергетичних корпорацій, таких як «Газпром», E.on, Exxon і т.д. Локальний виробник електроенергії, він же споживач, стає учасником вільного ринку енергії, відбувається демократизація її виробництва .
Однак такі постачальники мають один недолік - їх потужності нестабільні. І у випадку похмурої безвітряної погоди потрібно посилена робота традиційних електростанцій, вугільних, газових, атомних. У вітряний ж опівдні з'являється інша проблема - надлишок енергії, яку хотілося б запасти на вечір. Армади машин, яким потрібно електрику, - це і є глобальна батарея для «зеленої» енергетики.
Кому потрібен водневий завод
Само собою, при надлишку електроенергії цілком виправдано виробництво водню методом електролізу. І вже зараз є країни і регіони, де економічно вигідно розвивати електрохімічні комплекси: це Північна Африка, Середземномор'ї, Індія, Канада, Норвегія, США. У кожної країни свої плюси: у Норвегії багато гідроресурсів, у Іспанії - сонця, у Данії - вітру. І за великим рахунком, справа йде до того, що практично скрізь, де є яскраве, сильне сонце або стабільний вітер, можна буде встановлювати локальні електролізери. Тобто створення таких міні-заводів з виробництва стисненого водню стане саме по собі хорошим бізнесом.
Але і виробники водню із природного газу, особливо якщо вони самі його добувають, можуть теж встигнути сісти на «водневого коника». Поки їм ніхто не заважає викидати СО 2 в атмосферу, але в перспективі вони можуть закачувати отсепарирован вуглекислий газ в підземні сховища. Технологія ця вже відпрацьована, і газовики можуть викинути на ринок водень «зеленого типу». Те ж саме можуть зробити і виробники водню коксівним методом. Інакше у водневому паливі не буде ніякого сенсу .
Вже зараз скептики говорять про те, що водень як паливо викликає масу проблем і небезпек - газ цей легко створює з повітрям вибухонебезпечну суміш, він володіє приголомшливою проникністю, набагато вищою, ніж, наприклад, метан, і вже тим більше пропан і бутан. Вся воднева техніка буде коштувати досить дорого, тому що її неможливо «сваять на коліні ». Ці машини можна буде робити тільки на материнських підприємствах, тільки руками висококваліфікованих робітників. Машини вимагатимуть фірмового обслуговування і ремонту, а значить, швидше за все, набуде чинності суворе ліцензування автосервісу. Системи заправки воднем також повинні бути дуже якісними. Тобто це виробництво технологічно високорозвинених країн, багатих поновлюваними ресурсами, всередині себе і для самих себе, чревате неринковою захистом від виробників ззовні. На відміну, наприклад, від звичайних електромобілів, які, як і інфраструктуру для них, може виробляти практично хто завгодно.
З іншого боку, не одними водневими паливними комірками живий автомобільний світ майбутнього: на підході паливні елементи, що працюють на метані, тобто на звичайному природному газі . Варто поміняти один ящик на інший, і ось вже FCV працює на газі, який може бути вироблений на тваринницьких і інших фермах, здобутий газовиками Сибіру, Катару чи Аляски. Заправитися можна буде на вже існуючих газових заправках метану високого тиску. Сьогодні вони заправляють машини з ДВС.
Газові заправки можуть запропонувати клієнтам вибір
Ну і, нарешті, є варіант використання паливних елементів, що працюють на метанолі, - продукті, одержуваному з того ж природного газу. Метанол можна залити в бак машини на будь заправці. Так що проект FCV в принципі може забезпечити плавний перехід до автомобілів на електротязі, при цьому газова галузь може навіть виявитися у виграші.
Однак процес цей досить тривалий. Африка, неабияка частина Азії та Південної Америки, де якраз і спостерігається основне зростання автопарку зараз, як їздили, так і будуть їздити на автомобілях з ДВЗ, що використовують рідке паливо, - бензин, соляр, етиловий спирт. Так з'являться нові лінії сегрегації, розколюють світовий енергетичний і автомобільний ринок.
