Технологии

ДВЕ ТЕХНОЛОГИИ –

ОДНА ЦЕЛЬ



10 лет до полной углеродной нейтральности

Технологии

ДВЕ ТЕХНОЛОГИИ – ОДНА ЦЕЛЬ

10 лет до полной углеродной нейтральности
Как известно, к 2035 году Европа планирует отказаться от производства грузовиков и автобусов с двигателями внутреннего сгорания. Ставка делается только на электропривод, причем с питанием как от аккумуляторов, так и от водородных топливных элементов. Лето нынешнего года ознаменовалось появлением новых образцов подвижного состава, началом серийного производства «электричек» одним из лидеров европейского (да и мирового) автопрома и рядом публикаций из достаточно авторитетных источников, позволяющих оценить как ситуацию с производством, так и некие тенденции на ближайшие годы.

Антон ЦИПЕРМАНН

Условные компоновочные схемы электро- и водородного грузовика

В первых числах июня Европейская ассоциация автопроизводителей (ACEA) опубликовала информацию о выпускаемых коммерческих автомобилях с нулевым уровнем вредных выбросов, которые доступны для заказа сегодня или скоро появятся на рынке. Согласно релизу (таблицу из него в сокращенном виде мы публикуем), в Европе доступно по меньшей мере 45 моделей электромобилей на аккумуляторных батареях и 18 электробусов в различных конфигурациях, которые могут быть адаптированы к индивидуальным требованиям. Подвижной состав, работающий на водороде (на топливных элементах и ДВС), является второй по значимости категорией, первые образцы которой сегодня находятся в опытной эксплуатации.

Однако для того, чтобы обеспечить дальнейшее внедрение этих транспортных средств на рынок, необходимо срочно создать благоприятные условия, которые включают в себя разветвленную инфраструктуру подзарядки и заправки водородом, подходящую для большегрузных транспортных средств, и дополнительные меры, способствующие обновлению парка и инвестициям транспортных операторов. Если говорить о грузовых перевозках, прежде всего о ритейле и коммунальном хозяйстве, то большая часть потребностей в зарядке может быть удовлетворена с помощью складских либо собственных зарядных станций АТП. Теоретически, если забыть, что разрешенная длина автопоездов в ЕС может достигать 25 и даже 33 метров, для питания парка на аккумуляторных батареях необходимо минимум порядка 50 тысяч общедоступных зарядных станций с соответствующими подъездными путями. Разумеется, в их числе должны быть около 35 тысяч мегаваттных (Megawatt Charging System – MCS) зарядок для обеспечения быстрой подзарядки во время обязательных перерывов в движении региональных и магистральных грузовиков.

Простоту зарядки тяговых накопителей электрогрузовиков принято иллюстрировать и такими фотографиями. Кстати, а юноша знает, что там может быть 3000 ампер?

А зарядка до 100% ёмкости иногда вредит ресурсу «батареек»?

Кроме того, для внедрения на рынок техники, работающей на водороде, в ЕС буквально «к понедельнику» необходимо ещё примерно 2000 заправочных станций с выдачей не менее двух тонн в сутки.

В шоферских курилках на том берегу реки ходят упорные слухи, что подходящих для крупнотоннажных автомобилей во всем ЕС пока менее 200, но, как говорится в таких случаях, «очевидцы, как всегда, ошибаются»...

Холодное время года... Стоит признать, что здесь водородные технологии вне конкуренции
Что это даст? Промежуточная цель, поставленная производителями грузовых автомобилей и автобусов на 2030 год, требует сокращения выбросов CO2 новыми транспортными средствами на 45% по сравнению с «доковидным» 2019 годом. Достижение этой цели означает, что на дорогах Европы должно будет эксплуатироваться около 400 тыс. транспортных средств с нулевым уровнем выбросов.

Это теория, далее практика.

Производство «зеленых» автобусов и грузовиков

Автобусы. В первой половине мая 2025 года MAN Truck & Bus объявила о готовности к серийному производству междугородного/туристического электробуса MAN Lion's Coach E. Основой для него является испытанный Lion's Coach, впервые представленный ещё в 2017 году. На первом этапе Coach Е будет выпускаться в исполнении 6х2 длиной 13,9 м с максимальной полной массой 27,3 тонны. В салоне могут разместиться до 61 пассажира, вместимость багажных отсеков от 11 до 13 м3. В силовой линии используется привод от грузовиков MAN, как и батареи NMC, которые серийно производятся на заводе в Нюрнберге. Мощность тягового двигателя Lion's Coach E – 356 кВт «номинальных» и 534 «пиковых», запас хода до 650 км, время зарядки накопителей 30 минут. Однако благодаря ультрабыстрой мегаваттной технологии зарядки мощностью от 750 кВт (ток до 3000 А), что находится в стадии внедрения, оно может быть сокращено до 15 минут.

Практически одновременно с баварцами испанский Irizar объявил об успешном тестовом круговом рейсе в 2500 км лайнера Irisar i6S Efficient Hydrogen между испанским Ормайстеги (Ormaiztegi, Gipuzkoa, Spain), где расположен завод, и французским Бриансоном (Briançon, French Alps). Из технических характеристик: колесная формула 4х2, тяговый мотор-генератор 380 кВт, запас хода на одной заправке до 900 км, время заправки 20 минут. Уточню: лайнер, впервые представленный на выставке Busworld в 2023 году, является первым европейским автобусом туристического класса с водородными топливными элементами. Но о датах его серийного производства пока информации нет (даже в отчетах АСЕА, на которые мы ссылаемся).

Схема общей компоновки водородного автобуса и пример размещения баллонов.

К их расположению вопросов нет даже в случае критической утечки (водород легче воздуха). Но если тяговые накопители электробусов мы можем разместить под полом или в корме, то здесь вес приходится на крышу. А это увеличение высоты центра тяжести машины. Как оно скажется на управляемости и комфорте для пассажиров?

Теперь сравним цифры:
■ 6х2: 356 кВт – запас хода до 650 км – время зарядки накопителей 30 минут;
■ 4х2: 380 кВт – запас хода до 900 км – время заправки 20 минут.

Трудно это комментировать, хотя очевидно, что есть более тяжёлая трехосная машина (одних «батареек» порядка 1800 кг), менее мощный двигатель... Вспоминая ДВС: расход «топлива» при прочих равных должен быть больше по определению, а значит, запас хода меньше. Нет? Запас хода, да, согласен: у «электрички» он примерно на 28% меньше. Но ведь это не марафонский забег: всё решает протяженность маршрута и наличие зарядно-заправочной инфраструктуры в конечных пунктах... Нет? Ну и основной аргумент защитников водородных технологий: время заправки по сравнению со временем зарядки АКБ. Но здесь разница 10 минут, а разве это критично?

Единственный момент. Примерно через семь-восемь лет тяговые накопители придется менять, а это затраты на приобретение и утилизацию. Для водородных топливных элементов примерно каждые 500 тыс. км требуется техобслуживание, но если нет необходимости ремонта/замены, оно проводится без демонтажа с машины.

Впрочем, нельзя забывать о безопасности: водород в смеси с воздухом образует гремучий газ – взрывоопасную смесь. Пределы её «взрываемости» от 4 до 75 объёмных %, у метана – от 4,4 до 17 объёмных. В баках Irisar’a 56 кг сжатого водорода, что в ряде случаев (?) может быть эквивалентно примерно 1600 кг тротила.

Мимоездом

ВОДОРОД – ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ, КОТОРЫЙ ТРУДНО ЗАБЫТЬ

Дирижабль «Гинденбург», 6 мая 1937 года. Хронология событий: обрыв стальной растяжки внешней оболочки из-за сильного ветра на подходе к Нью-Йорку → повреждение баллона с водородом → некритическая, не замеченная экипажем утечка газа → проход через грозовой фронт перед посадкой на авиабазе ВМС США Лейкхерст и накопление статического электричества на оболочке → искра при подаче швартовных канатов на землю (= заземление дирижабля) → 34 секунды → 36 человек погибших, число пострадавших не известно → конец эры водородных дирижаблей.

Проводя параллель: да, разумеется, катастрофа «Титаника» не повлияла на морские пассажирские перевозки. Разве что сигнал SOS стал общепринятым и мест в шлюпках почти всегда стало достаточно для всех находящихся на борту. Члены экипажей морских лайнеров начали получать инструктажи по поводу своих действий в критических ситуациях и даже проходить необходимые тренировки. Не говоря уже о том, что впередсмотрящие в «вороньих гнездах» получили бинокли.

Всё это к тому, что инструкции для водителей, гаражного, клиентского и сервисного персонала, учитывающие некоторые особенности эксплуатации подвижного состава на водороде, если и существуют, то, судя по всему, в каких-то сейфах и явно под грифом «Совершенно секретно».
Грузовики. Как известно, MAN Trucks & Bus в конце июня прошлого года на своем заводе в Мюнхене приступил к конвейерной сборке электрогрузовиков. По официальным данным, план на 2025 год – 1000 единиц. Это 10-14 дней работы предприятия. Если припомнить, что в году 52 недели и корпоративный отпуск не планируется, то это означает, что доля «электричек» в производственной программе MAN порядка 3,8%. А по данным АСЕА, в 2024 году доля электрогрузовиков во всем объёме производства европейского автопрома составила 2,3%.

Это к тому, что планы о полном отказе от производства техники с ДВС к 2035 году, например тем же заводом в Мюнхене, почему-то особого доверия не вызывают. Разве что появятся особые программы по стимулированию покупателей и развитию зарядной/заправочной инфраструктуры.

Инфраструктура... Вот в чем ещё одна проблема эксплуатации подвижного состава, использующего что обычный электропривод, что водородные технологии. Ведь на заправки могут заезжать и автопоезда длиной 25,25 м, также известны и востребованные решения в 33 метра: тягач + полуприцеп + подкатная тележка с ССУ + второй полуприцеп.

Если места на заправке только для «головы», какие тут 15 минут простоя...

Мимоездом

МАЛЕНЬКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ ВОПРОС

Напомню особенности работы системы управления двигателей Volvo G13C (топливо: сжиженный газ). Одна из задач имеющегося GCM-модуля: в зависимости от режимов работы двигателя – удаление остаточных избытков газа в системе питания после резкого снижения его расхода. Например, после остановки двигателя.
В общем случае сброс газовой фракции идет в криобак. Но в аварийных и иных случаях, вроде длительного простоя, после превышения давления в нем более 16 бар предусмотрена принудительная вентиляция через предохранительный клапан. Иными словами, выброс газа в атмосферу...
С водородом тоже так будет? И где это может случиться?
Мнение эксперта: Keine grüne Welt ohne grüne Moleküle
«Нет зеленого мира без зеленых молекул» – этот девиз проходившей в июне сего года в Германии «Водородной недели» был использован Андреасом Горбахом (Andreas Gorbach), членом правления Daimler Truck Holding AG, ответственным за новые технологии для грузовых автомобилей, в качестве заголовка для своей публикации. С её полным текстом можно ознакомиться на официальном сайте компании.

Ниже предлагается её краткое изложение в переводе автора...
Андреас Горбах (Andreas Gorbach),
член правления Daimler Truck Holding AG, ответственный за новые технологии для грузовых автомобилей.

Краткое изложение его статьи, опубликованной в рамках «Водородной недели» (июнь 2025, Германия), стало катализатором для данной публикации

В Европе эксплуатируется более шести миллионов грузовых автомобилей, из них около 800 000 ед. только в Германии. По прогнозам, к 2040 году объём перевозок в стране увеличится ещё на треть.

Принцип «сначала батарея», несомненно, является правильным подходом: электромобили на аккумуляторных батареях эффективны, не выделяют вредных веществ и изначально нуждаются «просто» в зарядном устройстве. Но современная энергосистема может быстро исчерпать свои возможности. Для одновременной зарядки десяти дальнемагистральных грузовиков в зоне обслуживания всего за 45 минут требуется около десяти мегаватт электроэнергии – примерно столько же, сколько для небольшого города.

Вот почему параллельное создание водородной инфраструктуры не просто разумно – оно необходимо. Одно из преимуществ: для неё требуется меньше места. В то время как электромобили с аккумуляторными батареями зависят от мощных мегаваттных зарядных устройств и совместимых с ними парковок в зонах обслуживания, заправка водородом уже сегодня работает так же, как и дизельным топливом.

Электромобили на аккумуляторных батареях идеально подходят для предсказуемых маршрутов и поездок на короткие и средние расстояния, включая некоторые дальнемагистральные маршруты. Но когда речь заходит о расстояниях в 1000 км и более, высокой полезной нагрузке, рефрижераторных перевозках с высокой потребностью в энергии или гибкости для сложных маршрутов, аккумуляторы сталкиваются с экономическими, физическими и инфраструктурными ограничениями.

Вот тут-то и пригодятся водород и топливные элементы. Они позволяют перевозить грузы и пассажиров на большие расстояния с нулевым уровнем выбросов при высокой полезной нагрузке и минимальном времени простоя. Водородные двигатели внутреннего сгорания, в свою очередь, имеют преимущество при высокой грузоподъёмности и относительно малом пробеге, например, в строительстве. Они отличаются минимальными затратами, высокой надежностью и не требуют серьезной перекомпоновки автомобилей.

Также и грузовики, работающие на водородных топливных элементах, являются идеальным дополнением к электромобилям на аккумуляторных батареях. Этот второй источник энергии также снижает нагрузку на энергосистему и повышает безопасность поставок и планирования, что имеет решающее значение для её устойчивости.

Сегодня Европа импортирует более 50% своей первичной энергии в виде угля, нефти и газа, и вряд ли это можно заменить экологически чистым электричеством местного производства. Именно здесь водород (и его производные) раскрывает свой потенциал: его можно хранить, продавать по всему миру и использовать различными способами – от промышленности и резервного производства электроэнергии в периоды низкой солнечной активности и слабого ветра до транспортировки. И самое интересное: недостатка в солнце и ветре нет. Регионы с высокой солнечной радиацией вскоре могут стать экспортерами экологически чистого водорода, если будут использовать природную энергию, а не позволять солнцу просто нагревать землю.

В проектах Lighthouse, подобных тем, что реализуются в Саудовской Аравии, электроэнергия от крупных солнечных и ветряных электростанций используется в электролизных установках. Производимый там водород затем перерабатывается в аммиак, метанол или жидкий водород. В результате получается водород по привлекательным ценам – около двух евро за килограмм, а иногда и меньше. Многообещающие инициативы также реализуются в сфере транспорта. Компании из нескольких стран планируют ввести в эксплуатацию до 2030 года суда, способные перевозить большие объёмы жидкого водорода, – по аналогии с современным СПГ (сжиженным природным газом). Что сейчас важно, так это формирование энергетических партнерств, которые могут взять на себя первоначальные затраты, выстроить производственные и транспортные цепочки и заключить соглашения о сбыте.

Грузовики и автобусы на водородных двигателях уже проехали более 15 миллионов километров по Европе. В настоящее время грузовик Mercedes-Benz GenH2 тестируется различными заказчиками в реальных условиях эксплуатации. Есть и другие примеры.

Водород открывает перед Европой историческую возможность. Потенциал: до 500 тыс квалифицированных рабочих мест к 2030 году. Он же снижает геополитическую зависимость... В то время как Европа уже отстала в производстве твердотельных аккумуляторов, Китай ещё не обогнал её по производству топливных элементов и водородных двигателей. Хотя мировой лидер в производстве электромобилей на аккумуляторных батареях уже вкладывает значительные средства в это стратегическое направление. Сегодня на дорогах Китая эксплуатируется около 30 000 автомобилей, работающих на водороде, и более 400 станций заправки водородом. К 2030 году планируется создать миллион автомобилей и открыть 1000 заправок.

Многое уже сделано, но возможно и большее. Чего не хватает, так это четкой политической основы, которая позволяла бы инвестировать, обеспечивала бы уверенность в планировании и двигала рынок вперед. И самое главное: почти догматические дебаты о различиях в эффективности между аккумуляторами и водородом должны наконец прекратиться...
(конец изложения).

Две технологии – одна цель

Итак, две технологии – одна цель. Разве что уточним: эксперт был слегка не прав. Так, он не упомянул о взрывоопасности водорода, особенностях заправки: ведь водородные транспортные средства могут использовать либо сжатый, либо сжиженный водород. В первом случае давление в баллоне может достигать 700 бар, во втором – температура в криобаке должна быть не выше −245 °С.

Логистическую цепочку, заправочную станцию и затраты электроэнергии представили? Также надо помнить, что только «зеленый» водород, произведенный с помощью энергии из возобновляемых источников (ветер-солнце) методом электролиза воды, является на самом деле чистым. Остальные сопровождаются либо выбросами углекислого газа, либо образованием ядерных отходов (при использовании энергии АЭС).

Посему привлекает внимание предложение импортировать водород (причем сжиженный), например, из Саудовской Аравии. Солнца, разумеется, там достаточно, а как с водой – или будут опреснять морскую? И, кстати, получается, что из нефтяной зависимости от стран ОПЕК эксперт прокладывает курс для ЕС в водородную?

Мы публиковали эту картинку на страницах журнала, но пока не нашелся эксперт, готовый её (а верней, цифры с неё) оспорить. Ждем-с...

Как говорится, поживем – увидим, да и любой эксперт имеет право на собственное мнение. Жаль, что «догматические дебаты», упомянутые в статье, как всегда, прекратить не получается...