ЕС и Япония планируют перевести транспорт на топливные элементы

Установка для производства водорода в Германии. Фото с сайта www.energiepark-mainz.de

Одно из крупнейших в мире предприятий по производству экологически чистого водорода открыли японские власти 7 марта текущего года в поселке Намиэ, к северу от разрушенной атомной электростанции «Фукусима-1», сообщает Nikkei Asian Review. В церемонии открытия предприятия принял участие премьер-министр Японии Синдзо Абэ. Кроме правительства страны в проекте участвуют Toshiba, Tohoku Electric Power и дистрибьютор природного газа Iwatani. Партнеры рассчитывают в конечном итоге перенести технологию производства водорода за рубеж. «Водород можно производить в других странах с более низкими затратами на возобновляемые источники энергии и отправлять в Японию», – заявил исполнительный директор Iwatani Манабу Цуеси.

Япония по-прежнему сталкивается с более высокими затратами на возобновляемые источники энергии, чем на тепловую или ядерную энергию. Новый объект Fukushima Hydrogen Energy Research Field будет служить испытательным полигоном для технологии, разработанной японским правительственным агентством. Общая стоимость проекта составляет около 20 млрд иен (189 млн долл.). Установка производит водород путем разложения воды, используя электричество, вырабатываемое локальной солнечной электростанцией. Общая мощность используемых панелей составляет около 20 мегаватт. Предполагается, что новое предприятие сможет производить достаточно газа, чтобы заправлять каждый день примерно 560 автомобилей с соответствующей топливной системой.Водород считается идеальным топливом с нулевым выбросом.

Водород, произведенный на заводе в Намиэ, будет перевозиться автоцистернами в районы потребления, например в столицу Японии город Токио.Произведенный на новом предприятии водород использован в качестве топлива во время эстафеты Олимпийского огня, а также будет использоваться в качестве топлива для транспортных средств, которые будут перевозить олимпийцев и персонал на Игры. Во время Игр водород будет также использоваться для выработки электроэнергии в жилых помещениях и местах отдыха в Олимпийских деревнях.

Тот факт, что из-за коронавирусной пандемии Олимпийские игры перенесены на 2021 год ничего пока не меняет в имеющихся планах использования водорода.Для правительства Абэ, кроме всего прочего, увязывание проекта с Олимпийскими играми дает хороший шанс противостоять критике, связанной с затягиванием борьбы с изменением климата, пишет издание. В последнее время Япония подверглась нападкам за использование угольных электростанций и их финансирование за рубежом.

Более подробно о японской водородной программе можно прочитать в номере «НГ-энергии» за октябрь 2019 года.

Европейские планы

Комиссия ЕС планирует к 2030 году создать на континенте мощную водородную промышленность. Как отмечает немецкое информационное агентство n-tv, согласно имеющемуся в Комиссии плану через несколько десятилетий европейский воздух уже не будут отравлять дымы из фабричных труб. Европа станет с точки зрения промышленных выбросов нейтральной. Этой цели планируется достичь к 2050 году. Для этого создается в ЕС объединение «Водород» (Allianz fuer Wasserstoff). С точки зрения Маргреты Вестаген, заместителя председателя комиссии ЕС, зеленая и цифровая перестройка являются для Европы и шансом, и вызовом одновременно. По мнению члена комиссии ЕС Тиерри Бретона, отвечающего за промышленную политику, «новый геополитический контекст требует радикальной перемены в мышлении». Для этого ЕС необходимо пересмотреть уже существующие правила, и в особенности правила ведения конкуренции. Их необходимо перепроверить и обновить. Кроме того, следует разработать меры по поддержке малых и средних фирм.

Более скептически относятся к перестройке всей Европы под углом зрения спасения климата крупнейшее предпринимательское объединение Германии – Федеральный союз германской промышленности (BDI). Как считает Иоахим Ланг, главный управляющий союза планы комиссии ЕС потребуют дополнительных годовых инвестиций в размере 290 млрд евро. Но, по его мнению, предпринимаемые меры не должны подталкивать бизнес к переводу своих заводов из Европы. Это было бы опасным, поскольку в ЕС 35 млн рабочих мест зависят от промышленности. В Германии этот показатель составляет 7 млн. Но, отмечает n-tv, если к 2050 году в ЕС не будет выбрасываться в атмосферу вообще никаких парниковых газов, то сохранившаяся промышленность должна будет изготавливать другие продукты и другим способом. Поэтому новыми лозунгами ЕС становятся: цифровизация и экологические системы.

Водородный союз будет создан по образцу Аккумуляторного союза (Batterie-Allianz), основанного еще в 2017 году с целью производства аккумуляторов для электромобилей. Это решение было принято для того, чтобы предотвратить ввоз в ЕС аналогичной продукции из Азии. Предполагалось, что в таком проекте смогли бы совместно участвовать как крупные автоконцерны, так и субпоставщики из среды среднего бизнеса при поддержке государства.

В связи с этим стоит напомнить, что, как сообщает немецкое государственное информационное агентство Deutsche Welle (DW), Европейская комиссия одобрила планы Германии и шести других государств Евросоюза выделить в общей сложности 3,2 млрд евро на субсидии для создания европейского центра по производству элементов аккумуляторных батарей. «Этот важный план, представляющий интерес для всей Европы, может быть реализован без чрезмерного подрыва конкуренции», – считает комиссар ЕС по вопросам конкуренции Маргрете Вестагер.

Согласно планам, Германия выделяет субсидии в объеме 1,25 млрд евро, Франция – 960 млн, Италия – 570, Польша – 240, Бельгия 80, Швеция – 50 и Финляндия – 30 млн евро. Брюссель рассчитывает и на привлечение частных инвестиций в объеме 5 млрд евро. Производство батарей в Европе будет осуществляться совместными силами по модели европейского авиастроительного концерна Airbus.

Аккумуляторы – самый дорогой компонент электромобиля, который одновременно имеет решающее значение для привлекательности этого вида транспортного средства. Министр экономики ФРГ Петер Альтмайер назвал решение Еврокомиссии большим успехом для автопроизводителей в Германии и во всей Европе.

Конечно, возникает вопрос: не будет ли водородная модель будущего конкурировать с электроаккумуляторным?

Сильный потенциал

Как отмечает n-tv, водород представляет собой потенциально великолепное топливо для автомобиля будущего. Это связано с тем, что после его применения в моторе остается только водяной пар. Внедрение водорода связано с многочисленными проблемами, среди которых высокая стоимость, технические проблемы и отсутствие системы водородоснабжения. Именно в этих вопросах комиссия ЕС намеревается организовать общеевропейское сотрудничество фирм различных стран.

Понятно, что водородную инициативу комиссии ЕС приветствуют экологисты и зеленые политики. Однако у профсоюзов она наталкивается на известный скепсис. Они сомневаются, что эта инициатива поможет предотвратить деиндустриализацию Европы. Как считает Стефан Керцель, член правления Объединения немецких профсоюзов (DGB), просто создать общие рамки для развития будет недостаточно. Об этом он недавно заявил в интервью Neuen Osnabrücker Zeitung. Он потребовал прямых инвестиций со стороны ЕС, прежде всего в социально-экологическую перестройку. Эта идея возникла еще в 2008 году как проект DGB для организации зеленой трансформации. В нем предлагается рассматривать преобразование отдельных отраслей (например, закрытие угольных шахт) не как изолированные проекты, а согласовывать их с общими целями и задачами общества. Важной составной частью проекта является борьба за зеленое преобразование всего мира, поскольку в противном случае поставленных Парижским соглашением целей вообще не удастся достичь.

Яхта Билла Гейтса – один из наглядных примеров использования водорода в качестве топлива для транспортных средств.  Иллюстрация с сайта www.sinot.com

Интересно напомнить, что первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, создал француз Франсуа Исаак де Риваз (1752—1828) в 1806 году. Водород изобретатель производил электролизом воды.

В блокадном Ленинграде бензин был в дефиците, но водород имелся в большом количестве. Военный техник Борис Шелищ предложил использовать воздушно-водородную смесь для работы заградительных аэростатов. На водород перевели двигатели внутреннего сгорания лебедок аэростатов. Во время блокады в городе на водороде работало около 600 автомобилей.

Водород может использоваться в различных формах на транспорте. И в качестве топлива в обычном двигателе внутреннего сгорания. Но для этого необходима иная конструкция двигателя, так как традиционные поршневые двигатели плохо приспособлены для работы на нем.

Другой формой применения являются водородные топливные элементы. Они могут производить электрическую энергию для электродвигателя на борту транспортного средства, заменив тем самым двигатель внутреннего сгорания, или применяться для бортового питания. КПД современного автомобильного двигателя внутреннего сгорания достигает 35%, а КПД водородного топливного элемента — 45% и более.

Поэтому основными направлениями разработки «водородного автомобиля» являются сегодня топливные элементы и водородное топливо. Так, фирмы немецкого Дуйсбурга участвуют в реализации проекта HECTOR, который представляет собой создание специального автомобиля для сбора мусора с приводом на топливных элементах. Цель проекта состоит в том, чтобы продемонстрировать возможность «водородных» автомобилей для эффективного снижения вредных выбросов в городском движении. Напомним, что водородные топливные элементы осуществляют превращение химической энергии топлива (водорода) в электричество, минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения. Это электрохимическое устройство в результате высокоэффективного «холодного» горения топлива непосредственно вырабатывает электроэнергию. Проект реализуется в Северо-Восточной Европе. Одобрен проект был в рамках специальной программы INTERREG-Nord-West-Europa-Programm и рассчитан на четыре года. Он финансируется и координируется европейским объединением HyER, в которое входят фирмы из Шотландии, Голландии, Германии, Франции и Бельгии.

Известный немецкий автостроитель BMW в отличие от другого знаменитого немецкого автопроизводителя, Volkswagenwerk, который решил сделать ставку на электромобили, намерен к 2022 году создать серию автомобилей, использующих наряду с обычным двигателем внутреннего сгорания топливные элементы. Об этом пишет мюнхенская газета Sueddeutsche Zeitung. Руководство мюнхенского концерна полагает, что топливные элементы должны стать в долгосрочном плане четвертой опорой для BMW. Об этом заявил газете Клаус Фрелих, член правления концерна, отвечающий за развитие фирмы. В автомобиле серии BMW X5 топливные элементы уже используются в качестве внутренних источником электроэнергии. Конечно, отмечает газета, судя по внешнему действию, автомобиль на топливных элементах может напоминать электромобиль. Но двигатель на топливных элементах не только легче чем массивные аккумуляторы электромобилей, их преимущество заключается в том, что и в холодную зиму и жарким летом на автостраде они продержаться дольше, поскольку они более энергоемкие. Но, замечает газета, для потребителя «водородный автомобиль» только тогда сможет стать альтернативой электромобиля, когда он сможет на значительные расстояния транспортировать такие грузы, как, например, лодки на прицепе или прицеп с лошадьми.

Осуществить серийное производство автомобилей на топливных элементах в BMW задумываются лишь после 2025 года. В концерне рассчитывают, что к тому времени стоимость производства топливных элементов снизится до приемлемого уровня.

Гораздо активнее в этом направлении работают азиатские автомобилестроители. Японская Toyota еще в 2014 году разработала серию Mirai-автомобиль на топливных элементах и уже продала порядка 10 тыс. автомобилей. В этом году ожидается, что будет выпущено еще 30 тыс. таких автомобилей. Корейский Hyundai планирует до 2025 года выпустить более 100 тыс. автомобилей на топливных элементах.

Конечно, есть примеры и разработки автомобилей на водородном топливе. В данном случае главной конструкционной проблемой является бак. Дело в том, что распространенные современные способы безопасного хранения водорода требуют большего объема топливных баков, чем для бензина. Поэтому в разработанных на сегодняшний день автомобилях замена топлива на водород приводит к значительному уменьшению объема багажника. Поэтому скорее всего такие конструкции годятся в основном для грузовых автомобилей. Над таким прототипом сейчас, по данным Sueddeutsche Zeitung, работают конструкторы японского производителя Toyota.

Но водородная силовая установка на базе традиционного двигателя внутреннего сгорания значительно сложнее и дороже в обслуживании, чем традиционный бензиновый или дизельный двигатель внутреннего сгорания. По данным Массачусетского технологического института, эксплуатация водородного автомобиля на данном этапе развития водородных технологий обходится в 100 раз дороже, чем бензинового. К тому же пока нет опыта эксплуатации водородного транспорта.

Для заправки водородом требуется построить сеть заправочных станций. Для станций, заправляющих автомобили жидким водородом, стоимость оборудования выше, чем для станций, заправляющих автомобили жидким топливом (бензином, этанолом и дизельным топливом). Согласно данным американской компании General Motors, строительство 12 тыс. водородных заправочных станций в 2005 году оценивалось в 12 млрд долл., то есть 1 млн долл. на одну заправочную станцию, в то время как комплект оборудования для бензиновых заправочных станций стоит от 40 тыс. долл.

Удачные примеры двигателей

Американский журнал Forbes не так давно опубликовал эксклюзивные данные о супер-яхте, которую собирается купить Билл Гейтс. Согласно ИноСМИ, в статье Билла Спрингера, главного редактора журнала Ocean Home, говорится, что Билл Гейтс, один из основателей компании Microsoft, недавно направил более 600 млн долл. на приобретение супер-яхты длиной 115 м (376 футов) с водородным двигателем. Ее проект был разработан фирмами Sinot Yacht Architecture and Design и Lateral Naval Architects, и, вероятно, ничего подобного мы в ближайшее время не увидим.

Разумеется, концептуальная модель 115-метровой суперъяхты проекта AQUA с двигателем на жидком водороде привлекла всеобщее внимание, а впервые она была представлена на недавнем яхт-шоу в Монако (Monaco Yacht Show). Однако требования (безграничное воображение и серьезные компьютерные мощности), предъявляемые к проекту этой яхты, «пределом для которого являются лишь небеса», представляются на самом деле не столь значительными в сравнении с задачей по поиску мегамиллиардера, обладающего соответствующей фантазией, страстью, опытом, смелостью и, конечно же, сотней миллиардов долларов, чтобы он мог позволить себе строительство супер-яхты с водородным двигателем, аналогов которой до сих по не было.

Однако похоже на то, что конструктору Сандеру Сино удалось совершить невозможное. «Каждый проект представляет собой вызов для моей команды и меня лично, и мы используем его для того, чтобы превзойти самих себя, – говорит он. – Для разработки проекта AQUA мы в качестве источника вдохновения использовали стиль жизни проницательного, устремленного в будущее владельца, а также текучую универсальность воды и новейшие технологии. Все это мы использовали при работе над проектом 115-метровой супер-яхты с полностью готовым к установке двигателем на жидком водороде и топливной системой, которые являются прорывными технологиями, и то же самое можно сказать о ее дизайне и эстетике».

По данным из хорошо осведомленных источников, двигательная установка проекта AQUA будет работать на жидком водороде, который хранится при очень низких температурах в вакуумных и изолированных емкостях. Сжиженный водород превращается в электрическую энергию с помощью топливных элементов и протонной обменной мембраны (proton exchange membrane), при этом вода является единственным образующимся побочным продуктом. Произведенное электричество передается на распределительный щит, а оттуда направляется к двигательной установке, дополнительным системам и к другим службам. Мощные аккумуляторы позволяют хранить произведенное электричество для того, чтобы обеспечивать любые дополнительные потребности в электричестве. А благодаря наличию электрической двигательной установки проект AQUA будет производить очень мало шума при движении.

«Представьте себе яхту проекта AQUA в открытом море, когда она движется по воде, используя для этого саму воду, – говорит Сандер Сино. – Обладая скоростью в 17 узлов и радиусом действия в 6945 км (3750 морских миль), супер-яхта проекта AQUA может спокойно оставаться лидером среди других супер-яхт».

Внутри яхты проекта AQUA расположена винтовая лестница. Она идет от верхней палубы до нижней, откуда открывается вид на две большие цистерны с жидким водородом. Они демонстрируют промышленную мощь яхты, находящуюся за гигантским фасадом из усиленного стекла.

Может ли эта супер-яхта Билла Гейтса с ее совершенно зеленой двигательной установкой представлять собой будущее самых стильных яхт? Этот вопрос ставит автор статьи. Но на него можно ответить только утвердительно.