Водородный тягач Nikola Two

Маленький американский стартап Nikola Motor Co. всего за 3 года вырос в концерн, не выпустив при этом ни одной серийной товарной машины! К развитию компании уже подключились мировые концерны, а ожидания рынка пока складываются в пользу этого форсайта и даже не верится, что в автомобилестроении вырос очередной OEM-производитель, который по примеру Google или Microsoft способен приватизировать целый сегмент рынка.

Распил наследства

В распорядок очередных подвигов руководство Nikola Corporation на середину апреля вздумало вписать очередную революцию. Возглавить её должен водородный тягач Nikola Two («Никола Второй»). Его готовили полгода в тайне и мало кто знал, как он будет выглядеть в окончательном виде, хотя уже были свежие эскизы («ГП» № 11, 2017 г.). В кулуарах презентации кто-то пошутил, что имя новинки может стать данью памяти русскому царю (просто так совпало) и похоронить проект. Упоминание же имени изобретателя Николы Тесла в названии компании уже не приветствуется, поскольку служит ненавязчивой рекламой успехов Tesla Motor.

Tesla и Nikola слишком рьяно распилили имя и фамилию амбициозного серба Никола Тесла на две составляющиие. Но если «Тесла» уже запускает ракеты, спутники и космические корабли к МКС, то «Никола» построила лишь финансовую пирамиду в ожиданиях водородных грузовиков.

Не важно, кто из них прав, но они уже стали антагонистами до мозга костей. Впрочем в Nikola Corporation, как и в компании Tesla Motor, уверены, что машины на топливных элементах будут составлять не менее 80% продаж компании, а электромобили в выпуске составят не более 20% от общего объёма.

Красноречивое шоу

Премьера новинки на апрельском шоу Nikola World стала частью именно того шоу, когда ведущему кажется, что все внимают его красноречию. Выкатили, например, багги Reckless, на который уже получен VIN-код и волнение пошло по рядам зрителей. Затем пришла очередь тягача Nikola One. Гул, восторг! Но когда на подиум выехал красный тягач Nikola Two в зрительном зале пошло волнение, молнии вспышек, поднятые вверх айфоны и восторженный гул чуть не сорвал презентацию. Среди гостей и инвесторов проекта была та самая целевая группа: грузоперевозчики Тихоокеанского побережья и Среднего Запада, которые содержат флитпарки из «кирпичей» Freightliner и Western Star. Они не скрывали эмоций при виде космического челнока.

Пейс-трак для трак-рейсингов

На следующее утро гостей привезли на импровизированный полигон и выкатили уже два тягача – красный и белый!

Дизайн новинки скроен по мотивам императорских штурмовиков Stormtrooper из к/ф «Звёздные войны» и здорово отличается от самой первой Nikola Two, которую осенью 2016-го скормили публике в виде компьютерных 3D-эскизов. Тогда на рендерах каждый увидел что угодно: невыразимую скуку евродизайна 1980-х, скупую мыльницу с целлулоидными бликами, безуспешного «китайца», но только не мечту регионального дальнобоя! А теперь оказалось, что это невероятный по форме грузовик, которому самое место быть пейс-траком на трак-рейсинге.

Баланс, активы и пассивы

В пухлом портфеле активов фирмы уже есть дальнемагистральный полстеллар Nikola One и ближнемагистральный Nikola Tre для региональных флитпарков.

Первенец Nikola One предусмотрен для работы «от океана до океана» на расстояния от 1300 до 1900 км (1200 миль) в длительном режиме на скорости 105 км/ч и интересен как прожект. Мощный седельный тягач предполагается выпускать в нескольких вариантах мощностью от 500 до 1000 л.с. и колёсной формулой 6х4. Индивидуальный привод каждого колеса запитан от Li-Io АКБ ёмкостью 320 кВт·ч, которые получают энергию от 300 кВт водородных топливных элементов.

В противовес ему выступает Nikola Tre c электромоторами мощностью 380–760 кВт. Он адресован европейским логистическим компаниям и сетевому ретейлу, работающему на коротком плече от 500 до 1200 км (750 миль). Он, безусловно, самый парадоксальный экземпляр в плеяде грузовиков Nikola, но в типаже оставалось закрыть между ними брешь и предложить машину флитпаркам, работающим на среднем 500–1000-мильном плече (800–1600 км). Среди других проектов уже представлено два типа багги, водный скай-джет и впереди ещё дюжина прожектов.

В пассивах Nikola Motor – бремя инвестиций, затянутые ожидания потребителей, которым уже сейчас не терпится увидеть сеть заправочных станций для водородных внедорожных багги и грузовиков Nikola. Слишком заманчивой видится эта морковка.

Сводный же баланс выглядит так: парк водородного транспорта в США уже достиг 10 тысяч единиц. Если в 2014 году в Калифорнии было 13 водородных станций, то уже в 2016-м – 19, а в 2018-м их количество достигло 35. Но только две из них адаптированы под грузовой автотранспорт. А нужно больше: в десять или в сто раз больше!

Труба пониже, дым пожиже

Перевод автотранспорта на электротягу вызвал алармизм у апологетов дизель-панка. Людям, родившимся с бензином и соляркой в крови, был непонятен сам нарратив: ведь автомобили и так уже становятся экологичными! Недоумение не спадает: кого не устраивали достижения ОЕМ-производителей по государственной программе «Супертрак» в США?

Но затраты по достижению уровня Euro 6 становятся непосильным бременем не для продуцентов двигателей: у моторостроителей всегда есть возможность придушить скоростные характеристики ради снижения расхода топлива и более чистого выхлопа. Не готовы к новым веяниям именно нефтеперерабатывающие заводы, поскольку технологии у многих ориентированы на конкретные сорта нефти, добытые в определённых кустах и скважинах. А тройная перенастройка оборудования под выпуск топлива уровня Euro 6 снижает маржу.

В качестве разумной альтернативы вводится доктрина перевода грузового транспорта на газомоторное топливо. В России, Швеции, Германии и Норвегии это возведено в ранг государственной программы. Но при виде водородного тягача Nikola промышленных авангардистов уже не устраивают полумеры. Метан–пропан–бутан-топливо – это те же ископаемые углеводороды, которые не подходят под определение неиссякаемых источников энергии и не позволяют достичь нулевой эмиссии выхлопа.

Водооборот водорода

Появление грузовиков на топливных элементах предрекали ещё в конце 1970-х. Они представляют собой великолепную альтернативу газовым двигателям и электрогрузовикам. И лучшим топливом для них пока остаётся водород. Химический элемент H₂ можно брать из воздуха. Он условно бесплатен: в цену всё равно входит его переработка и аренда земли для водородо-производственной фермы на 100 мВт. Водородомобиль реализует все преимущества электромобилей за счёт сверхмалых потерь в электрической трансмиссии. Отсюда и большая мощность, и мгновенный крутящий момент, и нулевая эмиссия.

А ещё водород устраняет проблемы, связанные с длительным временем перезарядки АКБ, ограниченным диапазоном работы, излишним весом. Кроме того, при минусовой температуре эффективность АКБ значительно падает и нужно предусмотреть вариант их обогрева на транспортном средстве (ТС). Выхлоп в виде пара, коррозия и наледь на выпускной системе лишь мелкая досада на пути к прогрессу.

Привод на практике

Цилиндрические баки для водорода у Nikola Two расположены не сзади кабины, как у первого Nikola One. Сосуды скомпонованы над днищем, над блоками необслуживаемых аккумуляторных батарей. Фактически у тягача нет рамы в привычном понимании, а есть несущая платформа, в которую и встроены блоки АКБ ради снижения центра тяжести.

Отдавать энергию электроприводу eAxle будут топливные водородные элементы Fuel Cell, которые Nikola Motor Co. решила разработать совместно с Robert Bosch GmbH. Каждый стек массой 60–80 кг должен иметь постоянную мощность по 120 кВт. Для питания приводов грузовика в нормальных условиях (гладкая дорога, температура окружающего воздуха +20 °С) достаточно задействованных двух стеков суммарной мощностью 240–360 кВт·ч.

И тут случился казус. На своей странице в твиттере компания разместила снимок топливного элемента, в котором безошибочно угадывался продукт шведской компании PowerCell Sweden AB. Пытливые читатели пошли дальше и обнаружили, действительно, ранее уже говорилось, что топливный элемент будет основан на шведской основе.

Предсерийный прототип топливного элемента PowerCell S3 мощностью 30–125 кВт был представлен гётеборгской компанией в первых числах апреля на ганноверском HANNOVER MESSE, хотя известно, что он испытывается на тягаче MAN аж с 2016 года. Это устройство массой всего лишь 43 кг имеет размеры 420х568х156 мм, что сопоставимо с домашней электробатареей или багажной сумкой. Для грузового автомобиля с отдачей в 370–1000 кВт достаточно от 3 до 8 таких элементов. Максимальная непрерывная рабочая температура блока составляет 85 °С (испытания проводились на протяжении 2000 и 5000 часов) и он рассчитан на эксплуатацию при температуре окружающего воздуха от +70 °С до –30 °С. Водород в агрегат нагнетается насосом под давлением 2,2 бара. При этом состав водорода может быть не однородно 100-процентным, а 70% водорода с включением инертных газов гелия и аргона (He+N2+Ar). В результате электрохимической реакции образующееся тепло генерируется в электрический ток, который поступает для питания систем и зарядки литий-ионного аккумулятора.

Невероятное ускорение

В конце 2017 года компания Wabco Holdings Inc. инвестировала в Nikola $10 млн. Параллельно Wabco с Bosch начала разработку систем контроля устойчивости для тягача Nikola Two, который по словам Тревора Милтона, будет окончательно готов до конца 2022 года.

Двухмоторный привод, разработанный Robert Bosch GmbH, должен сначала появиться на тяжёлых грузовиках Nikola, а лишь затем на автобусах и среднетоннажниках. Передаваемая мощность превышает 1000 л.с., а максимальный крутящий момент – 2000 Н·м. В дальнейшем силовой блок eAxle (у немцев он называется E-Asche) можно адаптировать и для среднетоннажных грузовиков.

В едином узле объединены электромотор, электроника и трансмиссия. Эту уникальную конструкцию в сегменте грузового автотранспорта обещают запустить в серию уже в ближайшее время, вне зависимости от успехов Nikola Motor.

В то время, как дизельные двигатели требуют высоких оборотов для достижения максимального крутящего момента, электродвигатели достигают максимального крутящего момента почти мгновенно. Это позволяет грузовикам Nikola ускоряться в два раза быстрее, чем серийный дизельный тягач. Векторизация крутящего момента позволяет управлять каждым колесом индивидуально, что повышает устойчивость на трассе.

Сколько это стоит в центах?

Никто не готов сказать, сколько реально стоит водородный трак. Есть лишь расчёты эксплуатации. Тревор Милтон – главный исполнительный директор Nikola Motor – решил эту задачу с помощью стратегии объединения расходов на приобретение, топливо и техобслуживание грузовика в пакете с единым долгосрочным лизингом. План по объединению основных статей расходов владения и эксплуатации грузовика на основе ежемесячного лизингового платежа в этом случае потребует при 1 млн миль пробега за 7 лет уплатить 95 центов за милю или $950 тысяч. Это уникальный случай, когда эксплуатанты будут вкладываться в развитие сети заправок и сервиса, не владея при этом самим средством производства.

Ким Брэди – финансовый директор Nikola Motor указывает, что оценка в 95 центов за 1 милю основана на снижении стоимости водородного топлива примерно до 6 долларов за килограмм. В пересчёте это будет 4 цента за кВт·ч, что на 40% меньше, чем нынешние 6,7 центов за кВт·ч для электроэнергии в промышленности.

Но такая плата за прогресс под силу только крупным компаниям, у которых имеется постоянная загрузка подвижного состава. Они обеспечены клиентурой и долгосрочными контрактами на транспортировку высокомаржинальных грузов, когда полуприцеп забивается под завязку. То есть частнику с автопарком в 2–3 машины водородный тягач может показаться не столь интересным. Дизельный грузовик стоит $120 тыс. и расходы на него чуть ниже.

Сложная динамика развития

Америка сейчас остро нуждается в передовых технологиях, чтобы опять обогнать земной шар в развитии. Компания Nikola Motor сейчас собрала более 13 тысяч предварительных заявок на поставку водородных грузовиков, но все они не являются обязательными к исполнению (на сайте достаточно указать свои координаты и ввести количество машин). Однако исполнение даже трети этих соглашений позволит перевести водородомобили в быстрорастущий сегмент.

Компания уже заключила партнёрские отношения с Ryder System, Inc., чтобы предложить продажи, обслуживание и гарантию мирового класса в своих 800 точках в Северной Америке. Она же проведёт обучение 6000 техников для работы с водородными грузовиками, проинформировал Деннис Кук, президент Ryder’s Fleet Management Solutions.

Норвежская компания NEL ASA уже готова выступить партнёром в строительстве заправок и ферм для получения водорода. Французская компания Air Liquide разрабатывает стандарты заправочных элементов и оборудования (зарядные электроштекеры, дозаторы водородного топлива и т.д.). Процесс идёт пока без лоббирования интересов в сенате, но без этого уже точно не обойдётся, поскольку для роста понадобятся бизнес-ангелы.

Космические планы

Уже к 2028 году планируется построить сеть из 700 автозаправочных станций в США и несколько в Канаде. Типовая водородно-электрическая АЗС будет занимать до 10 акров земли (40 468,6 м²) для чего компания намерена заняться скупкой и сдачей в аренду недвижимости. Первые станции будут располагаться возле крупных складских терминалов Anheuser-Busch и U.S. Xpress и трак-стопов.

Пока же действует лишь небольшая демонстрационная станция в своей новой штаб-квартире и научно-исследовательском центре в Фениксе. Но в 2020-м планируется открыть более крупную станцию для исследований и сбора данных в соседнем Чандлере (округ Марикопа, шт. Аризона).

Стандартизированные фермы будут производить до 8 тонн водорода в день и накапливаться в 10-тонных газгольдерах. Энергетический эквивалент этого количества равен 7300 галлонов дизельного топлива (33 186,47 л). Водород распределяется по весу и измеряется в килограммах – в 1 кг содержится энергетический эквивалент 0,8 галлонов дизельного топлива (3,64 л).

Для заправки будут предусмотрены 8 раздаточных колонок для большегрузов, способных за 10 минут заправлять 176 фунтов (80 кг) сжатого газообразного водорода. На каждой станции планируется сделать 4 поста для заправки лёгких грузовиков и легковушек Toyota, Honda и Hyundai с водородными топливными элементами и посты для зарядки электромобилей, для чего на станциях будет введён стандарт напряжения в 240 В. Пропускная способность по словам Джона Андре Лёкке, исполнительного директора по поставкам оборудования NEL, составит 150 грузовиков и 200 легковых автомобилей в сутки при обороте 32 т водорода.

Как проинформировал Джесси Шнайдер, исполнительный вице-президент Nikola по водородным технологиям и топливным элементам, первая коммерческая водородная АЗС откроется в 2021 году в Калифорнии рядом с главным предприятием одного из клиентов компании (Nikola пока не раскрывает его имя). И лишь к концу 2022 года будет запущено 10 водородных станций. Строительство остальных аналогичных объектов растянется на 6 лет.

Однако европейские станции будут построены после того, как в 2023 году производитель запустит свой первый грузовик для Европы Nikola Tre, так что следует подождать ещё 5 лет.