Volkswagen Цифровой журнал

МЫСЛИТЬ ШИРЕ

Уголь будущего.

Некоторые эксперты рассматривали топливный элемент в качестве приемника двигателя внутреннего сгорания ещё много лет тому назад. Затем разговоры о нем приутихли. Сейчас же топливный элемент празднует свое возвращение и имеет все шансы сделать настоящий прорыв.

Текст Марк Люттгеманн
Инфографика C3 Visual Lab

В романе Жюля Верна «Таинственный остров», вышедшем в свет в 1875 году, в результате крушения корабля пятеро человек оказываются на необитаемом острове в Тихом океане. Будучи отрезанными от цивилизации, они коротают время в продолжительных разговорах и дискуссиях о будущем. Однажды они рассуждают о том, что могло бы заменить такой вид топлива, как уголь, ведь его запасы не бесконечны. Сайрес Смит, опытный инженер и руководитель группы, делает довольно смелое предсказание.

«Вода, – ответил он, невзирая на реакцию его собеседников. – Вода, разложенная на свои составные части. Воду, вероятней всего, будут разлагать электричеством, которое к тому времени будет полностью изучено и подчинено человеку. Да, друзья мои, я уверен, что в недалеком будущем вода заменит топливо, а водород и кислород, образующие ее, станут неиссякаемым и могучим источником тепла и света. Вода – уголь будущего», – таков был итог Сайреса.

Сайрес Смит и его сторонники в Гранитном дворце на «таинственном острове» Жюля Верна.

«Да, в этом есть доля правды», – говорит Томас Либер в ответ на высказывание Сайреса, заявленное 140 лет тому назад. Господин Либер является руководителем отдела электроприводов концерна Volkswagen. В его обязанности входит разработка водородных автомобилей. То, что казалось фантастикой в произведении Жюля Верна, звучит для него, дипломированного инженера, вполне логично. Ведь водород, содержащийся в воде, – это очень хороший энергоноситель, поэтому инженеры в космической отрасли уже длительное время используют его для космических кораблей. Его также применяют для подводных лодок.
Для эксплуатации автомобилей на водороде требуется топливный элемент. В нем водород и кислород вступают в реакцию, образуя воду. Энергия, возникающая в результате данной реакции, используется в автомобилях на топливных элементах для приведения в движение электродвигателя. Вода просто вытекает из автомобиля. Она настолько чистая, что ее можно пить. Автомобили на топливных элементах работают без выброса CO2. Если водород можно будет вырабатывать регенеративным способом, как этого требует Volkswagen, то топливный элемент станет основой для транспорта с нулевым выхлопом.

Что происходит в топливном элементе?

Первый топливный элемент был создан в 1838 году. Автором этого изобретения был немецко-швейцарский химик Кристиан Фридрих Шёнбайн. Сер Уильям Роберт Грове ознакомился с исследованиями Шёнбайна и в 1839 году усовершенствовал его принцип. В настоящее время их обоих считают отцами топливного элемента.

В современном топливном элементе в автомобиле водород вступает в реакцию с кислородом на электролитной мембране, в результате которой образуется вода. Возникающая при этом энергия, используется для приведения в движение электродвигателя.

Концерн Volkswagen с 1996 года упорно работает над усовершенствованием топливного элемента. Первые прототипы были созданы на основе моделей Bora (2000 и 2001 гг.), Touran (2004 г.) и Tiguan (2008 г.). В 2014 году Volkswagen представил на автомобильном салоне в Лос-Анжелесе прототипы автомобилей Passat HyMotion и Golf Variant HyMotion. Внешне они очень напоминают серийные автомобили и отличаются только измененной решеткой радиатора с большими впускными отверстиями для воздуха.

Для подобной модификации есть свои причины: поскольку весь объем отходящего тепла топливного элемента отводится только через охлаждающую воду, то площадь радиатора необходимо увеличить. Внутри четыре водородных бака заменяют бензиновые или дизельные баки, а спереди, в моторном отсеке, вместо двигателя внутреннего сгорания находится блок топливных элементов с электродвигателем. Во время пробных заездов модели HyMotion подкупили испытателей своей практичностью для повседневного использования: обладая мощностью 100 кВт, они за десять секунд ускоряются с 0 до 100 км/ч. Кроме того, за пять минут их можно полностью заправить, обеспечив при этом запас хода до 500 км.

Топливный элемент в Golf Variant HyMotion

Топливный элемент можно также устанавливать на автомобилях Volkswagen на основе модульной платформы с поперечным расположением двигателя.

1 В моторном отсеке находится блок топливных элементов с электродвигателем.

2 По трубопроводам водород подается с баков на блок топливных элементов.

3 В задней части автомобиля находятся четыре бака, в которых хранится газообразный водород под давлением 700 бар.

Некоторые факты указывают на возможный прорыв технологии в недалеком будущем

Вот здесь возникает один вопрос: если водород столь хороший энергоноситель, если топливный элемент обеспечивает передвижение без выхлопа CO2 и если тестовые автомобили столь впечатлили автолюбителей, почему же тогда водородных автомобилей почти не видно на наших улицах? Причина этого заключается в том, что еще существует множество открытых вопросов относительно инфраструктуры для применения водорода и производства водорода из возобновляемых источников энергии. Однако имеется достаточно свидетельств, указывающих на то, что в ближайшие годы топливный элемент может выйти на массовый рынок и расширить ассортимент приводов для автомобилей. Важно, например, чтобы после многих лет отсутствия единства между разными отраслями удалось достичь компромисса по многим стандартам. Ставка делается на газообразный водород, вместо жидкого, на компрессию газообразного водорода в баках под давлением 700 бар, на использование унифицированного заправочного штуцера для водорода. По словам господина Либера, это должно привести к тому, чтобы «водители водородных автомобилей могли пользоваться заправочными станциями по всему миру». В области создания инфраструктуры также чувствуется прогресс. В Японии при общественной поддержке быстро растет сеть водородных заправочных станций. Похожие процессы наблюдаются в Калифорнии (США), а в Европе некоторые страны планируют запуск водородных заправок. В Германии группа компаний, получившая условное название «H2 Mobility», согласно своему плану действий собирается построить к 2023 году примерно 400 водородных заправок по всей стране. Если учитывать, что запас хода автомобилей достигает сотен километров, то этого факта может быть достаточно, чтобы убедить покупателей в практичности автомобилей на топливных элементах для повседневного пользования. По этому поводу Томас Либер выразил свое мнение: «Для успешного создания инфраструктуры в первую очередь необходимо решить политические вопросы, создать надежные рамочные условия и предоставить государственные субсидии». Стоимость автомобилей на топливных элементах в ближайшие годы снизится, как это наблюдалось в случае с электромобилями и автомобилями с подзаряжаемыми приводами.

История использования топливного элемента в автомобилях Volkswagen.

В любом случае, для применения топливных элементов понадобится время, но в том, что они будут использоваться в серийных автомобилях, Томас Либер полностью уверен. Заменит ли топливный элемент двигатели внутреннего сгорания, автомобили на природном газе и гибридные автомобили? «Нет, – считает он, – более вероятно, что параллельно будут использоваться различные приводы, ведь у каждого из них есть свои преимущества». Когда же водородные автомобили смогут дополнить ассортимент автомобилей Volkswagen на минеральном топливе, как прогнозировал Сайрес Смит в романе Жюля Верна? «В период с 2020 до 2025 года – это реалистические сроки», – объясняет Либер.
Итак, будущего осталось ждать совсем недолго.