Надежда на водород

В романе Жюля Верна "Таинственный остров", изданном в 1874 году, главный герой инженер Сайрус Гардинг утверждает, что "вода будет использоваться как топливо и содержащиеся в ней водород и кислород станут неиссякаемым источником тепла и света". Как заявлял Гардинг, вода будет расщепляться на водород и кислород "с помощью электричества". Большая часть размышлений Жюля Верна остается фантазией, но если говорить о водороде, то его время настало.

Питер Хоффман

Сегодня уже функционирует несколько сотен прототипов водородных автомобилей, автобусов, грузовиков, мини-вэнов, один или два мотоцикла, несколько скутеров, внедорожники, автопогрузчики и даже пара сельскохозяйственных тракторов. Два года назад в Страсбурге Европарламент единогласно принял декларацию, призывающую к чистой водородной экономике.

Водородные проекты разрабатываются в Северной Америке, Европе, Японии, Корее, Австралии, Южной Америке и в зачаточной стадии в Китае и Индии. Большинство транспортных средств, использующих водород, приводится в движение так называемыми топливными элементами, однако компании BMW и Mazda модернизировали серийные бензиновые двигатели, и теперь они могут работать на водороде. Компания Mazda даже выпустила водородную версию своего роторного двигателя.

У таких крупных автоконцернов, как Toyota, Honda, Daimler, General Motors и Hyundai/Kia, есть большие планы по производству автомобилей, работающих на водородных топливных элементах. В прошлом году Honda представила конвейер по производству прототипов автомобилей на топливных элементах, Daimler запустил аналогичный конвейер в этом году. Hyundai/Kia планируют запустить конвейер к 2012 году, а Toyota — вероятно, крупнейший игрок на рынке автомобилестроения — к 2015 году. При этом японская компания намерена выпускать сначала небольшое количество автомобилей, а позже довести мощность производства до нескольких тысяч единиц и затем наращивать ее.

Водород, как и природный газ, можно использовать в качестве топлива для автомобилей с модифицированными двигателями. Однако производители автомобилей считают, что топливные элементы эффективнее, издают меньше шума и служат источником чистой энергии. Они работают как батареи, за исключением того, что запасы вырабатываемого ими топлива постоянно пополняются. Это является следствием электрохимической реакции с кислородом, получаемым из воздуха, которая запускает электрический двигатель.

Сегодня такие транспортные средства собираются вручную и стоят очень дорого — около $1 млн плюс-минус несколько сотен тысяч. Однако как только будет запущено серийное производство, затраты уменьшатся: Toyota заявляет, что удивит рынок низкими затратами, когда начнет промышленное производство. Компания прогнозирует, что расходы на производство топливных элементов — основного компонента механизма — упадут на 90%.

В недавнем исследовании министерства энергетики США говорится, что при использовании технологий 2010 года и при условии, что объем производства составляет 500 тыс. автомобилей, затраты на изготовление топливного элемента мощностью 80 кВт составят $57 за 1 кВт. А если технология будет совершенствоваться, то к 2015 году расходы снизятся до $47 за 1 кВт и приблизятся к установленной министерством плановой отметке в $30 за 1 кВт — цифры, которая более или менее соответствует нынешним затратам на производство бензиновых двигателей.

Затраты на производство водородного топлива очень сильно различаются у разных компаний. США поставили цель достичь к 2018 году себестоимости $2-3 за килограмм (в килограмме водорода содержится столько же энергии, сколько в галлоне бензина). Так как топливные элементы в два раза эффективнее двигателя внутреннего сгорания, то реальная стоимость на единицу расстояния будет вдвое меньшей.

США традиционно находятся на переднем крае исследований в этой области, однако в последние годы активное лоббирование других альтернативных источников топлива вытесняет водород из списка приоритетных видов альтернативного топлива. Ряд специалистов утверждает, что гибридные автомобили со сменными устройствами, работающие на батареях транспортные средства и автомобили на биодизеле ближе к выходу на рынок. По их словам, затраты на технологии для их производства меньше, чем на технологии для водородных автомобилей и автомобилей на топливных элементах.

Такую точку зрения поддержала администрация Барака Обамы, из-за чего летом попал в неудобное положение новый министр энергетики и лауреат Нобелевской премии по физике Стивен Чу. Господин Чу приказал сократить к 2010 году финансирование технологий по производству водородных автомобилей и автомобилей с топливными элементами на $130 млн. Однако громкие протесты, с которыми выступили самые разные организации — от Союза обеспокоенных ученых, Национального исследовательского совета, Ассоциаций водорода и топливных элементов и до Американской пульмонологической ассоциации и производителей автомобилей, помноженные на поддержку конгресса, скорее всего, приведут к тому, что это решение будет пересмотрено.

Следует отметить, что сторонники водорода не выступают против работающих на батареях автомобилей и рассматривают биотопливо как один из возобновляемых источников водорода. Однако из-за веса, скудного модельного ряда, затрат и по другим соображениям батареи лучше всего подходят для городских автомобилей, предназначенных для поездок на небольшие расстояния. В любом случае автомобили, работающие на водородных топливных элементах, обычно включают в себя и батареи в своих гибридных конфигурациях. Это позволяет им проезжать на одной зарядке более 300 миль, что является одним из требований потребителей.

Множество лабораторий работает над тем, чтобы сделать производство водорода и способы его хранения лучше и дешевле, а также над тем, чтобы снизить затраты и повысить срок службы топливных элементов. Более того, необходимо создать инфраструктуру для заправки водородным топливом. На это уйдет много денег, но, скорее всего, не так много, как на поддержание нынешней инфраструктуры на основе ископаемого топлива. Вероятно, на первоначальном этапе такая инфраструктура будет представлять собой станции в городах, которые будут постепенно расширяться. Такие проекты уже находятся на стадии реализации в городских зонах Лос-Анджелеса и Нью-Йорка и весьма активно реализуются в Японии, где, как сообщается, более десятка крупнейших энергетических компаний намерены совместно работать для создания к 2015 году такой инфраструктуры в национальном масштабе.

Водородная революция началась, хотя и происходит она явно медленно. Водород не единственное оружие в борьбе с климатическими изменениями, но он является обязательным элементом этой борьбы в самом прямом смысле этого слова.

Питер Хоффман — автор книги "Энергия завтрашнего дня — водород, тепловыделяющие элементы и перспективы для чистой планеты", а также редактор и издатель книги "Послание о водороде и тепловыделяющем элементе" (www.hfcletter.com).

Материал подготовлен при содействии Project Syndicate