Hydrogen-лонг. Водородное спасение

Насмотревшись материалов Станислава Асафьева про топливную историю (бензин, этиловый спирт, электродвигатели) я вспомнил, что в 2010 году в Крокус Экспо видел на выставке автомобиль фирмы Honda, который тогда пророчили как спасение для всех. Собственно я решил написать данный лонг про развивающийся, но неправомерно забытый в обществе альтернативный вид двигателя.

Сама идея водородных двигателей не является новой, в особенности в сравнении с нынешними ДВС. В начале 19 века Франсуа Исаак де Риваз разработал первый в мире двигатель на водородном топливе, который он производил путём электролиза воды. Англичане в 1841 году запатентовали такой двигатель, в 1852 году немцы разработали ДВС на воздушно-водородной смеси.

В 19 веке размышлять о том, какой вид топлива требуется для ДВС пусть и не достаточно логично, так как нет соответствующих масштабов потребления, но вполне разумно попробовать поэкспериментировать.

История водородного двигателя достаточно обширна. Тут вам и советские аэростаты с лебедкой на водородной смеси, автомобиль из Франции, немецкие ДВС на водороде, грузовик переведенный на водород на металлургии. Непочатый край для раздолья и развития имелся даже тогда.

В 70-ых 20-века случился топливный кризис, когда катастрофически поднялись цены на топливо, объем добычи нефти упал и автопроизводители начали искать варианты как спасать себя. В последующие годы как-то все успокоились, но вопрос встал тогда ребром. Так в 1979 году инженеры BMW представили модель 520H. Модель оказалась перспективная, но флагманом не стала, хотя баварцы продолжают работы над водородными авто и по сей день. Предполагается, что в 2050-ых за такими автомобилями будущее (по их скромным планам).

В 21 веке вопросы о том, чем заправлять автомобиль возникают лишь на заправке, когда стоишь с размышлением какой вид топлива с одним октановым числом взять: тот что дешевле и простой или тот что дороже с припиской ЭКТО/G-Power/ещё какое-то модное название. Владельцам дизельного двигателя выбор не особо предлагается, а с электроавтомобилями вовсе — найди розетку, сиди и радуйся жизни какой же ты весь из себя нитакойкаквсе.

Но вот на арену выходит водородный автомобиль. Выглядит как обычный, но внутри ещё более странный, чем электро. На моей памяти водородные машины существуют с начала столетия. А встретить на дороге вовсе как найти артефакт.

В 2003 году по Европе пустили 36 автобусов на водороде в рамках программы по эко-транспорту. Цель программы: испытания водородного транспорта, испытания водородных заправочных станций, испытания технологий производства водорода, испытания существующей водородной инфраструктуры, анализ рисков и преимуществ водородных технологий. Основные испытания прошли до 2006 года, хотя отмечают что данные автобусы встречаются до сих пор.

Одним из вариантов использования водорода в качестве топлива предлагается ДВС, где вместо пропана будет идти интересующий нас элемент. Проблема данного авто будет в том, что утечка водорода с горячими элементами автомобиля приводят к едва ли не моментальному подрыву. Главная проблема тут в самом водороде, так как диапазон концентрации, для его взрыва огромен и любое соотношение приведет к печальному исходу событий.

Тем не менее Toyota пошла дальше и на гонках Super Taikyu Series 2021 Powered by Hankook поставила в список участников Corolla Sport H2 Concept, который оснащался двигателем на жидком водороде. Автомобиль был занесен в группу ST-Q, в которой находятся все автомобили на гонках, не попавшие в другие группы по разным критериям. Ко всему прочему, это ещё и полноценно новый прототип. Под капотом устанавливался адаптированный под новый вид топлива рядный двигатель I3 с рабочим объемом 1.6 литра. Но это работа самой Тойоты, как самостоятельного представителя на рынке.

BMW смогли разработать автомобиль с гибридной установкой на водороде и бензине на основе модели 7-серии, представив миру BMW Hydrogen 7. Кардинальное отличие от базовой версии 7-ки заключалось в наличии в дополнение к бензобаку на 74 литра баллона с водородом на 8 кг. Таким образом автомобиль мог проехать 200-300 км на водороде и 480 км на бензине и это всё в 2007 году. В 2008 году этот же Hydrogen 7 был представлен уже на водороде как единственном топливе, с тем же ДВС. К слову тут 6-литровый V12. О прожорливости говорить явно не стоит.

Что можно сказать о данных аппаратах? ДВС на водороде достаточно отзывчив, позволяет также шуметь двигателю и вибрировать как раньше, имеет меньше КПД, но расход его ниже, чем у классического вида топлива (бензин или дизель). Одни плюсы, вроде как. Но к сожалению вспоминая минусы выше, взрывоопасность такой установки сильно выше, так как водород работает с горячими элементами двигательной установки, из-за чего его боятся немного больше, чем бензиновый аналог.

В 90-ых разработки водородных двигателей казались достаточно мифическим явлением, несмотря на сам факт существования водородного 520H от BMW. Но достаточно интересный вариант исполнения представлен был концерном АвтоВАЗ. Мне бы хотелось пошутить о нецелесообразности того, что представили на выставке, но справедливости ради выглядят экспонаты фантастически.

Если сказать, что автомобиль вышел в свет как следствие сотрудничества автомобильных инженеров и аэрокосмической отрасли — вас ждёт вероятно дурка. Но этому способствовали идеи Георгия Константиновича Мирзоева, который видел в новых топливных элементах будущее. В 1999 году был разработан концепт автомобиля на водородных элементах, способный двигаться без использования бензина. Как бы странно не звучало, вне России данные технологии применялись в разной степени готовности: Honda FCX Clarity, Toyota Mirai, BMW Hydrogen 7, Ford Focus FCV.

В ходе переговоров с уральским предприятием, производившее генераторы «Фотон» для космической программы «Буран» («Энергия-Буран»), пришли к решению по сборке автомобиля. Правда вышел конфликт, якобы ВАЗовские инженеры не нашли общий язык с уральскими, полагая что они не разбираются в автомобилях, как автомобилисты в электрохимии. По итогу это было отчасти правдой по обе стороны. Решено было собирать автомобиль на территории РКК «Энергия» в Королёве, так как автомобилисты хоть и понимали что-то в ЭКГ, но не имели какого-либо опыта в работе с подобными агрегатами. Подготовленный автомобиль отправился из Тольятти в Королёв.

Стоит пояснить в чём заключалась суть работы ЭХГ (я сам не особо разобрался, поэтому кратко). У вас имеется 2 ёмкости, из которых подаётся водород и кислород. На «минус» водород, на «плюс» кислород, с помощью АКБ запускается реакция, в ходе которой от водорода отделяются электроны и их надо «поймать» с помощью платиновой мембраны, отправляющей их (свободные электроны) в цепь на ЭКГ и дальше в электрогенератор. В результате реакции получается на выходе электричество в электродвигатель и вода из «выхлопа». Самая большая сложность — прогреть всю установку, так как наилучший результат получается при 100℃. Это если по-простому, для «чайников».

За основу взят 5-дверный ВАЗ-2131, из которого напрочь исключили весь ДВС и всё что с ним связано. Автомобиль перестал быть полноприводным, теперь это передний привод. В багажник устанавливался электрохимический генератор «Фотон» прошедший модернизации. Также в багажнике располагался водород в баллонах и кислород. Объем газа был 60 литров и 36 литров. Непонимающий сразу заметит, что в отношении Hydrogen 7, я писал о килограммах водорода, а тут литры. Тут отдельно скажем спасибо BMW. В документе для СМИ и медиа на предпоследней странице в спецификациях пишут о кг.

Вернёмся к АНТЭЛ’ам. Первый образец на полной заправке (60 л и 36 л, напомню) преодолевал 200 км с максимальной скоростью 80 км/ч. Существенный недостаток заключался в прогреве автомобиля, чтобы начать работу на нормальный расход без «изнасилования» двигателя надо было ждать ~1.5 часа, доведя температуру установки до 60℃. Посетители выставки 2001 года в Москве отметили данный образец интересным, хотя от багажника осталось одно лишь слово, собран был блестяще и выглядит красиво. Сами инженеры отметили, что это фиаско, ведь автомобиль собран на основе космических технологий и был полностью функциональным и работоспособным. Так преступили в модернизации концепции.

Спустя 2 года на выставке 2003 года был представлен второй автомобиль серии АНТЭЛ, который кардинально отличался от предшественника компоновкой, но не принципом работы. За основу взят ВАЗ-2111, кислородных баллонов больше не стало, теперь только водородные в нише багажника. Вся установка располагалась под капотом. Тот же ЭКГ, компрессор для подачи кислорода, буферный АКБ для рекуперации энергии торможения и нагреватель, чтобы вывести автомобиль на рабочую температуру за 10-15 минут. В общей массе это вся разница от первого автомобиля-предшественника. По итогу получался даже гибрид, нежели водородный автомобиль.

А их нет. Поддержку государства они не получили, наиболее интересный АНТЭЛ-3 забросили, в котором при заправке бензином путём химии и физики получался углекислый газ и водород и он (водород) шёл в дальнейший процесс водородного двигателя.

Тут гиганты в лице Ford, BMW, Toyota, Honda активно развивают водородное направление. Не так давно стало известно, что новое поколение BMW будет работать на водороде с гибридной установкой на рекуперации энергии торможения.

Вся эта система разрабатывается в сотрудничестве с Toyota, которая получила достаточно мощный скачок в развитии этой отрасли.

К примеру автомобиль Toyota Mirai, продажи которого стартовали в 2014 году стоил 57 тысяч долларов. Учитывая размах технологий, цена достаточно высокая, однако достаточно экологичная. Для сравнения в России самая дорогая «Тесла» в 2014 году обошлась Михаилу Подорожанскому (гл.редактору «Авторевью») через «серого» импортёра за 145 тысяч долларов.

Главный вопрос, который закономерно возникает — это «где заправлять?». К сожалению в РФ и возможно СНГ нет развитой инфраструктуры для данного вида транспорта. Honda при разработке FCX Clarity представила домашнюю установку HES, для производства водорода из керосина, природного газа и сжиженного нефтяного газа. Последняя версия данного устройства разрешена к установке в гараже или дома. В США штат Калифорния вовсе считается самым готовым к водородным автомобилям в мире.

Автомобильный мир хорошо развивается в направлении водорода, ведь искомый газ самый распространённый в мире, только найти его в чистом виде очень проблематично. Тем не менее в странах вне РФ эти технологии активно развивают в разных исполнениях. В нашей стране к сожалению единственный концерн получил обалденный опыт, интересные образцы техники и полную невостребованность от государства. В развитие идеи АНТЭЛ-1 Мирзоев Г.К. вложил порядка миллиона рублей и получил сотрудничество РКК «Энергия», в то время как крупные автопроизводители вкладывали сотни миллионов долларов на разработки и живут дальше. Для понимания Лада АНТЭЛ-3 как концепт должна была появиться в 2005-2006 году, но никакого развития не получила. Обращая внимания на гигантов автомобильного рынка — начинаешь понимать, что будущее далеко не только за электромобилями. Их разрекламировали на хайпе «Теслы», а водородные тихо и мирно получают развитие по полной программе.

Есть ли за данным видом топлива спасение? Да. Когда вот наступит не понятно. Если брать развитие водородного двигателя вместе с электромобилем - выходит просто обалденная машина. Но ценник на неё будет зверский. Сейчас в глобальном масштабе это дорогая игрушка, которая вредит экологии меньше, чем любой другой автомобиль. Пока есть нефть и какое-то электричество вряд ли кто-то будет бегать за водородом, раз есть способы вполне эффективно зарабатывать деньги.

#водород #авто #автомобиль #космос #электромобили #тесла #тойота #ваз #хонда #форд #бмв #tesla #toy #honda #ford #bmw #vaz #лада #lada