Статья Wirtschafts Woche: автомобили на топливных элементах
Вот и закончился Московский автосалон. Последние лет 5 на крупнейших автосалонах мира наблюдается рост экологической тематики: "гибриды", электромобили... У нас же - прожорливые muscle cars или полноприводные мастодонты. Особый путь развития?..
Тем временем немецкий Wirtschafts Woche опубликовал статью о будущем немецкого рынка автомобилей на топливных элементах. Любопытно - переведём!
Сперва автомобиль на топливных элементах был большой надеждой автопроизводителей, затем - ещё большим разочарованием. Сейчас все первоначальные проблемы решены. Сможет ли такой транспорт соперничать с электромобилями?
Появление разработанного фирмой Daimler автомобиля на топливных элементах даже спустя 10 лет вспоминается с иронией. В ноябре 2000 года канцлер ФРГ Герхард Шрёдер и шеф Daimler-Chrysler Юрген Шремп показали мировой общественности первый в мире автомобиль с “нулевым” выхлопом, “New Electric Car 5” или просто Necar 5, приводимый в движение топливными элементами, с преувеличенной важностью сравнив свой концепт с вечным двигателем. Канцлер наслаждался реакцией и благосклонно усмехался, когда Шремп обещал серийный запуск в 2004 году.
Разработчики концерна Daimler и руководитель проекта Фердинанд Паник уже тогда знали, что столь скорое производство невозможно, и оказались правы. Вместо технологического чуда Necar 5 оказался разочарованием: стоимость - выше запланированной, надёжность - ниже предполагаемой, а о сети заправок и думать не стоило. Провал! Разговоры о транспорте на топливных элементах затихли. Ни один производитель не отважился заявить о появлении подобной модели в своей гамме.
Лишь сейчас, десять лет спустя после того памятного фиаско, о топливных элементах снова вспомнили. Истощающиеся запасы нефти и изменение климата заставили автопроизводителей снижать выброс двуокиси углерода в своих моделях. Вот почему так необходим срочный поиск альтернативы бензиновым и дизельным двигателям.
В центре внимания до недавнего времени находились электромобили. Однако новые концепты с топливными элементами от лидеров рынка - Mercedes и Toyota - показывают, что и такая техника постепенно становится конкурентоспособной. Создатели добились огромного прогресса в повышении ресурса и комфорта, а также снижении расходов на приобретение. Не стоит забывать и о таком преимуществе перед электромобилями как полное отсутствие шума и “ароматного” выхлопа. К тому же запас хода у автомобилей на топливных элементах - в 6 раз больше, чем у электромобилей. А ещё топливные элементы способны работать и под капотами грузовиков или автобусов, в отличие от связки “электромотор+аккумулятор”.
Научные отделы автомобильных концернов, несмотря на первоначальные неудачи, не останавливаются. Основной постулат, связанный с топливными элементами, прост, как всё гениальное: сущность топливного элемента - контролируемая реакция гремучих газов. Для этого инженеры соединяют кислород и водород в топливном элементе таким образом, чтобы вместо взрыва или пожара получить энергию в виде электрического тока, который необходим для приведения в действие электромотора. Из выхлопной трубы выделяется лишь водяной пар.
Результат виден на примере внушительного, весом около 2 тонн, но экологически безвредного внедорожника Toyota Highlander, бесшумно катящегося по улицам Берлина. Исполин на топливных элементах (рабочее название - FCHV-adv) должен выйти на рынок в 2015 году. Особенность электродвигателя: полная мощность в 122 л.с. постоянно в распоряжении водителя независимо от того, насколько велико количество оборотов в минуту. Это позволяет японскому мастодонту разгоняться так же быстро, как и равным по мощности машинам с бензиновыми или дизельными двигателями.
Полнейшая тишина в салоне сохраняется на протяжении 600 км. Похожие цифры - и у Mercedes F-Cell, построенного на базе В-класса: он способен проехать на водороде 400 км. Для сравнения: первые электромобили могли проехать не более 100 км.
Автомобили на топливных элементах конкурентоспособны и по времени заправки: “Три минуты - и бак полон. Так что провести всю ночь у заправочной колонки вам не придётся”, - обнадёживает Дитер Цетше, глава Daimler.
Не только у господина Цетше имеются веские основания размышлять о транспорте будущего на топливных элементах. Поэтому к Daimler присоединились VW, Toyota, Ford, BMW, GM, Total и Shell, образовав Партнёрство за чистую энергию (Clean Energy Partnership), куда в сумме входит 13 компаний. Цель Партнёрства: до 2015 года автомобили на топливных элементах должны стать не только готовыми к серийному производству, но и адекватными по цене. Для этого одновременно нужно увеличить количество заправочных колонок с нынешних 27 до как минимум тысячи - на что уйдёт не меньше 1.7 млрд. евро. Пожалуй, завышенная цель - поскольку имеются препятствия.
“Водород для заправки надо где-то вырабатывать”, - замечает Вилли Диец, руководитель Института автомобильной экономики при Университете экономики и окружающей среды, Нюртинген-Гайслинген. При так называемом электролизе коэффициент полезного действия составляет примерно 57%; иными словами, почти половина выделяемой энергии теряется при переходе химической энергии в ток.
Поэтому вести речь об оправданности новых методов с точки зрения экологии станет возможно лишь тогда, когда водород начнут вырабатывать из экологически безопасных источников. Рассмотрим пример нового аэропорта Берлин-Брандебург: старый аэропорт Шёнефельд (в 16 км к югу от Берлина) разросся (теперь его площадь составляет 2000 футбольных полей) и с июня 2012 года начнёт принимать рейсовые полёты. Годом раньше там откроется первая в мире заправочная колонка CO2-Neutrale. Энергию для выработки водорода дадут ветряки производства Enertrag, установленные около нового аэропорта.
Что касается автомобилей, которые зависят от водорода уже сейчас, - топлива более чем достаточно: на заводах по переработке сырой нефти по всему миру имеется около 190 млрд. кубометров чистого водорода. На долю одной только промышленности Германии в качестве побочного продукта приходится 850 млн. кубометров, но его в силу экономических причин чаще всего просто сжигают, хотя половины этого объёма хватило бы для эксплуатации пяти миллионов автомобилей. Многие могли бы заряжаться на водородных заправочных станциях (тысячи станций достаточно, чтобы охватить всю страну). Загвоздка в том, что на постройку одной такой станции требуется более 2 млн. евро, а стоимость обычной АЗС составляет 1 миллион. Слишком дорого.
Total, Shell, Daimler позволяют себе вкладывать немалые деньги в собственное будущее - это стало возможным после выпуска Министерством транспорта программы о технологиях по использованию водорода и топливных элементов. На её исполнение до 2013 года выделено 1.4 млрд. евро. В водородную заправочную станцию на Хольцмаркт-штрассе в Берлине уже вложено около 4 млн. евро из денег немецких налогоплательщиков. Из этого извлекли выгоду, прежде всего, компании Linde (минеральные масла), Statoil и немецкий филиал Total.
В немецкой промышленности у топливных элементов есть немаленькие шансы. “Сердце” электромобиля - аккумуляторная батарея и её продвинутое управление. В настоящее время у азиатских компаний Honda и Toyota, а также их компаньона Panasonic - огромное преимущество перед немецкими производителями в этой сфере. Что касается разработчиков топливных элементов - в этой области мировым лидером является Daimler. В Штутгарте удалось накопить бесценный опыт в конструировании топливных элементов и управлении ими (а ведь Necar 1, показанный в 1994 году, едва ли годился для повседневного использования).
Издержки на создание автомобилей на топливных элементах с 2005 года упали на 90%. Однако эта новость вовсе не так оптимистична, как кажется на первый взгляд. В 2005 году предшественники нынешних моделей стоили меньше миллиона евро; чтобы грядущие проекты были конкурентоспособны, издержки должны снизиться ещё раз - более чем наполовину. “Это возможно только благодаря массовому выпуску, при котором себестоимость производства может снизиться”, - утверждает Коэй Сага, ведущий конструктор Toyota.
Направление, в котором идут Toyota и Mercedes - использование модульной системы. Японская компания при создании FCHV-adv применяет компоненты своих “гибридов” (например, электромотор Lexus RX450h). Mercedes же в качестве прототипа разработал F800 Style, преемника E-класса, который может быть оснащён как топливными элементами, так и аккумуляторами (подобно электромобилям).
Чтобы в 2015 году отпраздновать прорыв, конструкторам предстоит решить иную проблему: одним из ключевых факторов, определяющих увеличение издержек, является применение недешёвой платины. В качестве катализатора этот благородный металл помогает разрушать газовые молекулы. Ещё 5 лет назад для работы топливного элемента требовалось 80 граммов платины, сегодня - лишь 30. Но это всё равно означает расходы в 3000 евро на каждый двигатель на топливных элементах. Слишком дорого для серийного выпуска. Цель ясна: снизить содержание платины до 10 граммов. “Это отвечает устройству современных катализаторов в машинах с дизельными двигателями”, - говорит глава Daimler, господин Цетше. Он надеется: до 2020 года удастся то, над чем уже 17 лет работает канадская фирма Ballard Power - выпуск недорогих двигателей на топливных элементах.
Когда-то название Ballard было у всех на устах. В начале 2000 года биржевая стоимость активов компании взлетела до 12 млрд. долларов, сегодня её активы оценивают на 154 миллиона ниже. В начале 2008 года канадцы, наконец, продали свою “дочку” NuCellSys концерну Daimler. Теперь Штутгарт намерен с успехом реализовать идею Ballard.
Перед ожидаемым прорывом инженерам необходимо прежде всего снизить чувствительность инновационного двигателя к температуре. Правда, в последних разработках этой проблемы не существует, поскольку диапазон рабочей температуры расширился от -30° до +95° по Фаренгейту. Однако конструкторы будут довольны тогда, когда ячейки топливного элемента смогут выдерживать до +105°, чтобы работать и в жарком климате. “Замена двигателя в течение гарантийного срока службы абсолютно неприемлема для наших клиентов в силу экономических причин”, - утверждает Сага.
Несмотря на существующие трудности, Сага уверен: время автомобилей на топливных элементах придёт. Уж ему ли - отцу гибридной архитектуры - не знать?..
И несколько иллюстраций:
Водородная заправочная станция
Многострадальный Necar 5
Mercedes F-Cell
Toyota FCHV-adv
Тем временем немецкий Wirtschafts Woche опубликовал статью о будущем немецкого рынка автомобилей на топливных элементах. Любопытно - переведём!
Сперва автомобиль на топливных элементах был большой надеждой автопроизводителей, затем - ещё большим разочарованием. Сейчас все первоначальные проблемы решены. Сможет ли такой транспорт соперничать с электромобилями?
Появление разработанного фирмой Daimler автомобиля на топливных элементах даже спустя 10 лет вспоминается с иронией. В ноябре 2000 года канцлер ФРГ Герхард Шрёдер и шеф Daimler-Chrysler Юрген Шремп показали мировой общественности первый в мире автомобиль с “нулевым” выхлопом, “New Electric Car 5” или просто Necar 5, приводимый в движение топливными элементами, с преувеличенной важностью сравнив свой концепт с вечным двигателем. Канцлер наслаждался реакцией и благосклонно усмехался, когда Шремп обещал серийный запуск в 2004 году.
Разработчики концерна Daimler и руководитель проекта Фердинанд Паник уже тогда знали, что столь скорое производство невозможно, и оказались правы. Вместо технологического чуда Necar 5 оказался разочарованием: стоимость - выше запланированной, надёжность - ниже предполагаемой, а о сети заправок и думать не стоило. Провал! Разговоры о транспорте на топливных элементах затихли. Ни один производитель не отважился заявить о появлении подобной модели в своей гамме.
Лишь сейчас, десять лет спустя после того памятного фиаско, о топливных элементах снова вспомнили. Истощающиеся запасы нефти и изменение климата заставили автопроизводителей снижать выброс двуокиси углерода в своих моделях. Вот почему так необходим срочный поиск альтернативы бензиновым и дизельным двигателям.
В центре внимания до недавнего времени находились электромобили. Однако новые концепты с топливными элементами от лидеров рынка - Mercedes и Toyota - показывают, что и такая техника постепенно становится конкурентоспособной. Создатели добились огромного прогресса в повышении ресурса и комфорта, а также снижении расходов на приобретение. Не стоит забывать и о таком преимуществе перед электромобилями как полное отсутствие шума и “ароматного” выхлопа. К тому же запас хода у автомобилей на топливных элементах - в 6 раз больше, чем у электромобилей. А ещё топливные элементы способны работать и под капотами грузовиков или автобусов, в отличие от связки “электромотор+аккумулятор”.
Научные отделы автомобильных концернов, несмотря на первоначальные неудачи, не останавливаются. Основной постулат, связанный с топливными элементами, прост, как всё гениальное: сущность топливного элемента - контролируемая реакция гремучих газов. Для этого инженеры соединяют кислород и водород в топливном элементе таким образом, чтобы вместо взрыва или пожара получить энергию в виде электрического тока, который необходим для приведения в действие электромотора. Из выхлопной трубы выделяется лишь водяной пар.
Результат виден на примере внушительного, весом около 2 тонн, но экологически безвредного внедорожника Toyota Highlander, бесшумно катящегося по улицам Берлина. Исполин на топливных элементах (рабочее название - FCHV-adv) должен выйти на рынок в 2015 году. Особенность электродвигателя: полная мощность в 122 л.с. постоянно в распоряжении водителя независимо от того, насколько велико количество оборотов в минуту. Это позволяет японскому мастодонту разгоняться так же быстро, как и равным по мощности машинам с бензиновыми или дизельными двигателями.
Полнейшая тишина в салоне сохраняется на протяжении 600 км. Похожие цифры - и у Mercedes F-Cell, построенного на базе В-класса: он способен проехать на водороде 400 км. Для сравнения: первые электромобили могли проехать не более 100 км.
Автомобили на топливных элементах конкурентоспособны и по времени заправки: “Три минуты - и бак полон. Так что провести всю ночь у заправочной колонки вам не придётся”, - обнадёживает Дитер Цетше, глава Daimler.
Не только у господина Цетше имеются веские основания размышлять о транспорте будущего на топливных элементах. Поэтому к Daimler присоединились VW, Toyota, Ford, BMW, GM, Total и Shell, образовав Партнёрство за чистую энергию (Clean Energy Partnership), куда в сумме входит 13 компаний. Цель Партнёрства: до 2015 года автомобили на топливных элементах должны стать не только готовыми к серийному производству, но и адекватными по цене. Для этого одновременно нужно увеличить количество заправочных колонок с нынешних 27 до как минимум тысячи - на что уйдёт не меньше 1.7 млрд. евро. Пожалуй, завышенная цель - поскольку имеются препятствия.
“Водород для заправки надо где-то вырабатывать”, - замечает Вилли Диец, руководитель Института автомобильной экономики при Университете экономики и окружающей среды, Нюртинген-Гайслинген. При так называемом электролизе коэффициент полезного действия составляет примерно 57%; иными словами, почти половина выделяемой энергии теряется при переходе химической энергии в ток.
Поэтому вести речь об оправданности новых методов с точки зрения экологии станет возможно лишь тогда, когда водород начнут вырабатывать из экологически безопасных источников. Рассмотрим пример нового аэропорта Берлин-Брандебург: старый аэропорт Шёнефельд (в 16 км к югу от Берлина) разросся (теперь его площадь составляет 2000 футбольных полей) и с июня 2012 года начнёт принимать рейсовые полёты. Годом раньше там откроется первая в мире заправочная колонка CO2-Neutrale. Энергию для выработки водорода дадут ветряки производства Enertrag, установленные около нового аэропорта.
Что касается автомобилей, которые зависят от водорода уже сейчас, - топлива более чем достаточно: на заводах по переработке сырой нефти по всему миру имеется около 190 млрд. кубометров чистого водорода. На долю одной только промышленности Германии в качестве побочного продукта приходится 850 млн. кубометров, но его в силу экономических причин чаще всего просто сжигают, хотя половины этого объёма хватило бы для эксплуатации пяти миллионов автомобилей. Многие могли бы заряжаться на водородных заправочных станциях (тысячи станций достаточно, чтобы охватить всю страну). Загвоздка в том, что на постройку одной такой станции требуется более 2 млн. евро, а стоимость обычной АЗС составляет 1 миллион. Слишком дорого.
Total, Shell, Daimler позволяют себе вкладывать немалые деньги в собственное будущее - это стало возможным после выпуска Министерством транспорта программы о технологиях по использованию водорода и топливных элементов. На её исполнение до 2013 года выделено 1.4 млрд. евро. В водородную заправочную станцию на Хольцмаркт-штрассе в Берлине уже вложено около 4 млн. евро из денег немецких налогоплательщиков. Из этого извлекли выгоду, прежде всего, компании Linde (минеральные масла), Statoil и немецкий филиал Total.
В немецкой промышленности у топливных элементов есть немаленькие шансы. “Сердце” электромобиля - аккумуляторная батарея и её продвинутое управление. В настоящее время у азиатских компаний Honda и Toyota, а также их компаньона Panasonic - огромное преимущество перед немецкими производителями в этой сфере. Что касается разработчиков топливных элементов - в этой области мировым лидером является Daimler. В Штутгарте удалось накопить бесценный опыт в конструировании топливных элементов и управлении ими (а ведь Necar 1, показанный в 1994 году, едва ли годился для повседневного использования).
Издержки на создание автомобилей на топливных элементах с 2005 года упали на 90%. Однако эта новость вовсе не так оптимистична, как кажется на первый взгляд. В 2005 году предшественники нынешних моделей стоили меньше миллиона евро; чтобы грядущие проекты были конкурентоспособны, издержки должны снизиться ещё раз - более чем наполовину. “Это возможно только благодаря массовому выпуску, при котором себестоимость производства может снизиться”, - утверждает Коэй Сага, ведущий конструктор Toyota.
Направление, в котором идут Toyota и Mercedes - использование модульной системы. Японская компания при создании FCHV-adv применяет компоненты своих “гибридов” (например, электромотор Lexus RX450h). Mercedes же в качестве прототипа разработал F800 Style, преемника E-класса, который может быть оснащён как топливными элементами, так и аккумуляторами (подобно электромобилям).
Чтобы в 2015 году отпраздновать прорыв, конструкторам предстоит решить иную проблему: одним из ключевых факторов, определяющих увеличение издержек, является применение недешёвой платины. В качестве катализатора этот благородный металл помогает разрушать газовые молекулы. Ещё 5 лет назад для работы топливного элемента требовалось 80 граммов платины, сегодня - лишь 30. Но это всё равно означает расходы в 3000 евро на каждый двигатель на топливных элементах. Слишком дорого для серийного выпуска. Цель ясна: снизить содержание платины до 10 граммов. “Это отвечает устройству современных катализаторов в машинах с дизельными двигателями”, - говорит глава Daimler, господин Цетше. Он надеется: до 2020 года удастся то, над чем уже 17 лет работает канадская фирма Ballard Power - выпуск недорогих двигателей на топливных элементах.
Когда-то название Ballard было у всех на устах. В начале 2000 года биржевая стоимость активов компании взлетела до 12 млрд. долларов, сегодня её активы оценивают на 154 миллиона ниже. В начале 2008 года канадцы, наконец, продали свою “дочку” NuCellSys концерну Daimler. Теперь Штутгарт намерен с успехом реализовать идею Ballard.
Перед ожидаемым прорывом инженерам необходимо прежде всего снизить чувствительность инновационного двигателя к температуре. Правда, в последних разработках этой проблемы не существует, поскольку диапазон рабочей температуры расширился от -30° до +95° по Фаренгейту. Однако конструкторы будут довольны тогда, когда ячейки топливного элемента смогут выдерживать до +105°, чтобы работать и в жарком климате. “Замена двигателя в течение гарантийного срока службы абсолютно неприемлема для наших клиентов в силу экономических причин”, - утверждает Сага.
Несмотря на существующие трудности, Сага уверен: время автомобилей на топливных элементах придёт. Уж ему ли - отцу гибридной архитектуры - не знать?..
И несколько иллюстраций:
Водородная заправочная станция
Многострадальный Necar 5
Mercedes F-Cell
Toyota FCHV-adv