Водень фактично є одним з найбільш поширених палив на планеті – на відміну від бензину і дизеля. Тому спроби організувати роботу на ньому транспортних засобів тривають уже друге століття поспіль. Розбираємось, чому процес так затягнувся.
Відразу нагадаємо для тих, хто не дуже в темі: донедавна водневі авто, хоча і мізерними серіями, але випускалися кількома брендами світу – BMW, Toyota, Hyundai. Але більш менш-поширеними вони не стали. Принаймні, поки що. Чому ж?
Водень замість бензину
По-перше, якщо говорити про водень як про пальне, він – газ. По-друге, є два варіанти використовувати його для авто.
Спосіб перший. Найпростіший варіант – з використанням спроможності цього газу горіти з виділенням тепла. Завдяки чому водень можна використовуватись на авто подібно до інших горючих газів – як суперпопулярний в нашій країні скраплений пропан-бутан LPG (нафтовий газ) або стиснений метан CNG (природний газ), поширений в автобусних парках ще кілька років тому. В принципі, на водні може працювати і звичайний бензиновий двигун, але з втратою приблизно 20 – 30 % потужності. При тому що від мотора можна отримати і повну віддачу, але тоді йому потрібні деякі вдосконалення.
Спосіб другий. Більш хитрий, але в цілому, можливо, більш прийнятний варіант – так звані паливні елементи. Тут водень використовується як джерело енергії, бо така силова установка перетворює водень на електрику за допомогою паливних елементів (Fuel Sell). А далі вже машина працює як звичайний електромобіль. Процес починається з подачі водню в паливний елемент, де газ розщеплюється на протони та електрони. Електрони проходять через зовнішнє електричне коло, створюючи електричний струм, який і використовується для живлення двигуна автомобіля. Протони проходять через мембрану паливного елемента і з’єднуються з киснем з повітря, утворюючи воду як єдиний побічний продукт.
Переваги водневих автомобілів
Попри принципові відмінності між двома вищезгаданими типами авто на водні, вони мають в цілому однакові переваги і недоліки.
– Відносна незалежність від викопних джерел енергії – нафти, природного чи нафтового газів. Водень отримують з води, а також – з природного газу, іноді – просто на борту автомобіля (у випадку схеми з хімічним реактором);
– Екологічність. Водневі автомобілі виділяють лише воду та тепло, що робить їх практично нешкідливими для навколишнього середовища;
– Швидка заправка. У порівнянні з іншим альтернативним типом авто – електромобілем – запас водню на борту машини поповнюється миттєво: заправка водневого автомобіля займає всього кілька хвилин.
– Запас ходу. Водневі автомобілі будь-якого типу можуть проїжджати понад 500 кілометрів на одній заправці, що робить їх конкурентоспроможними з бензиновими та дизельними автомобілями.
Недоліки водневих автомобілів
– Обмежена воднева інфраструктура. На даний момент водневі заправні станції поширені нерівномірно, що обмежує їх використання. Кількість станцій по всьому світу – не більше 1000 одиниць. Здебільшого вони працюють в Америці, Німеччині, Японії, Великобританії, Південній Кореї – та й там розташовані в окремих зонах;
– Спроможність водню виходити з ємності та трубопроводів навіть скрізь справні з’єднання. Наприклад, він дифузує через стандартні гумові ущільнення, і за кілька днів стоянки машина втрачає чи не половину бака. Так само непросто зберігати газоподібний водень у великих сховищах;
– Висока вартість. Виробництво водневих автомобілів, паливних елементів та самого водню все ще має високу собівартість;
– Виробництво водню. Одним з основних джерел водню є природний газ, і цей процес також пов’язаний з викидами вуглецю. Розробки в галузі масового отримання водню з води з використанням відновлюваних джерел енергії продовжуються, але потребують значних вкладень.
Коротко
Далеко не факт, що водневі автомобілі стануть нашим майбутнім – принципові труднощі та обмеження даються взнаки. На початку 2020-х років багато хто з автовиробників, що раніше мали потужні програми розвитку водневих технологій, почали відмовлятись від водню в легкових автомобілях, визнаючи цей напрямок безперспективним. Утримання автомобіля, що працює на водні, при повсякденній експлуатації виявляються дуже дорогим, не говорячи вже про створення заправної інфраструктури та логістику. Але остаточного вироку водень ще не отримав.