Bosch: топливные ячейки – залог мобильности будущего

Электромобильность набирает обороты, ведь это важный фактор сокращения выбросов CO2. Но экономично ли отправлять на большие расстояния тягач с 40-тонным грузом, использующий только электроэнергию, запасенную в аккумуляторах? Учитывая вес аккумуляторов, долгий период их зарядки и ограниченный запас хода при современных технологиях, электрические силовые агрегаты – это не лучший выбор для тяжелых грузовиков. Решением может стать силовой агрегат Bosch на топливных элементах. Использование в качестве источника энергии водорода обеспечивает безопасную для климата транспортировку сырья и товаров. Bosch делает первый шаг в этом направлении, разрабатывая топливные элементы для трансмиссии, которая будет использоваться в коммерческом транспорте. Серийное производство по планам будет запущено в 2022–2023 годах. Применение топливных ячеек в трансмиссиях Bosch для грузовых автомобилей проложит путь для интеграции аналогичного решения в легковых автомобилях, что сделает топливные ячейки неотъемлемой частью трансмиссий будущего.

Семь причин, почему водородные топливные элементы являются важными факторами становления будущей мобильности:

1. 1.      Климатическая нейтральность

Внутри топливной ячейки водород (H2) реагирует с кислородом (O2) из окружающего воздуха. Энергия, которая выделяется в результате этой реакции, преобразуется в электричество, использующееся для движения автомобиля. Производство этой электроэнергии из возобновляемых источников делает трансмиссию на топливных элементах полностью климатически нейтральной. Если сложить и сравнить выбросы CO2, образующиеся в ходе производства, эксплуатации и утилизации аккумуляторных батарей с водородными топливными элементами, последние оставят меньший углеродный след, особенно в случае ячеек для тяжелых транспортных средств. Все, что необходимо транспортным средствам на топливных элементах в дополнение к водородному баллону, – это небольшая батарея для буферного хранения энергии. Такой подход значительно снижает негативное воздействие на окружающую среду. «Преимущества топливных элементов по-настоящему проявляют себя там, где электрические трансмиссии оставляют желать лучшего, – объясняет д-р Уве Гакстаттер, президент подразделения Bosch Powertrain Solutions. – Это означает, что между топливными элементами и батареями нет конкуренции, вместо этого они идеально дополняют друг друга».

1. 2.      Потенциал применения

Водород имеет высокую энергетическую плотность. Один килограмм водорода содержит столько же энергии, сколько 3,3 литра дизельного топлива. Чтобы проехать 100 километров, легковому автомобилю понадобится около одного килограмма; 40-тонному грузовику нужны все семь килограммов. Как и в случае с дизельным или бензиновым топливом, на возобновление запаса H2 потребуется всего несколько минут. «Топливные элементы – лучшее решение для транспортировки больших грузов на дальние расстояния», – отмечает Гакстаттер. В рамках финансируемого ЕС проекта H2Haul Bosch сотрудничает с другими компаниями в рамках создания и тестирования небольшого парка грузовиков на топливных элементах. Помимо мобильного использования, Bosch работает над батареями топливных элементов на основе технологии твердооксидных топливных элементов (SOFC) для стационарного применения. Одно из предполагаемых применений – это небольшие электростанции в городах, центры обработки данных и пункты зарядки электромобилей. Если цели Парижского климатического соглашения по борьбе с изменением климата будут достигнуты, водород понадобится для питания не только легковых и коммерческих автомобилей, но также поездов, самолетов и кораблей. Энергетическая и сталелитейная промышленности также планируют использовать водород.

1. 3.      Эффективность

Эффективность использования топливных элементов доказана их экологичностью и рентабельностью. Показатель эффективности в случае топливных ячеек на четверть выше, чем для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. А использование рекуперативного торможения еще больше повышает эффективность. Хотя электромобили, накапливающие электричество непосредственно в автомобиле и использующие его для движения, еще более эффективны, производство энергии и спрос на нее не всегда совпадают по времени. Электричество ветряных и солнечных электростанций часто остается неиспользованным, поскольку не может найти потребителя и его нельзя сохранить. И здесь работает водород. Избыточное электричество можно использовать для децентрализованного производства водорода, пригодного для гибкого хранения и транспортировки.

1. 4.      Стоимость

Стоимость зеленого водорода значительно снизится, когда производственные мощности будут расширены, а цена на электроэнергию, произведенную возобновляемыми источниками энергии, снизится. Совет по водородным технологиям, ассоциация, состоящая из более чем 90 международных компаний, ожидает, что стоимость применения водорода в некоторых областях упадет вдвое в следующие десять лет, что сделает их конкурентоспособными по сравнению с другими технологиями. В настоящее время Bosch совместно со стартапом Powercell ведут разработку стэка, ядра топливного элемента, чтобы сделать его готовым к массовому производству. Наша цель – получить высокопроизводительное решение по низкой цене. «В среднесрочной перспективе использование автомобиля с топливным элементом не будет дороже, чем использование транспортного средства с традиционной трансмиссией», – комментирует Гакстаттер.

1. 5.      Инфраструктура

Существующая сегодня сеть водородных заправочных станций не обеспечивает полного покрытия, но уже около 180 водородных заправочных станций в Европе достаточно для ряда важных транспортных маршрутов. Во многих странах компании при поддержке государственных субсидий объединяют усилия, чтобы содействовать расширению сети таких заправок. В Германии важность водорода в декарбонизации экономики была признана на государственном уровне и закреплена в Национальной водородной стратегии. Например, совместное предприятие H2 Mobility построит в Германии около 100 общедоступных заправочных станций к концу 2020 года, а проект H2Haul, финансируемый ЕС, работает не только с грузовиками, но и с заправочными станциями, расположенными на запланированных маршрутах. В Японии, Китае и Южной Корее также предусмотрены комплексные программы поддержки.

1. 6.      Безопасность

Использование газообразного водорода в транспортных средствах не опасней, чем использование любого другого автомобильного топлива или аккумуляторов. Резервуары с водородом не представляют повышенного риска взрыва. Действительно, при взаимодействии с кислородом H2 воспламеняется, а смесь этих двух веществ сверх определенного соотношения является взрывоопасной. Но водород примерно в 14 раз легче воздуха и поэтому чрезвычайно летуч. Например, любой H2, который выходит из бака транспортного средства, поднимается быстрее, чем может реагировать с кислородом окружающей среды. В ходе огневого испытания, проведенного американскими исследователями в 2003 году на автомобиле с топливными элементами, возникла вспышка, но она быстро погасла. Автомобиль остался практически неповрежденным.

1. 7.      Вопрос времени

Производство водорода – проверенный и технологически простой процесс. Это означает, что его можно быстро масштабировать для удовлетворения высокого спроса. Кроме того, топливные элементы в настоящее время достигли необходимой технологической зрелости для их коммерциализации и широкого использования. По мнению Совета по водородным технологиям, водородная экономика может стать конкурентоспособной в ближайшие десять лет при условии наличия достаточных инвестиций и политической воли. «Пришло время для водорода», – подытоживает Гакстаттер.