Владимир Чехута, Юрий Петров.
Серию статей о городском автотранспорте с нулевым выхлопом (Zero)* в последние месяцы журнал представил с каталожной дотошностью. Автобусы слишком локальны, и они хорошо годятся для экспериментов с альтернативным топливом. А вот в сфере грузоперевозок применение электричеству найти сложнее, поскольку требуется жёсткая локация.
В авангарде коммерческого автотранспорта сейчас сформировалось пять разновекторных тенденций, которые можно разбить по классам экологической гигиены. На первом месте – использование водорода. На втором – движение грузовиков по троллейным путям с питанием от воздушной контактной сети. А напоследок конечно же следует выделить аккумуляторные грузовики, без которых уже ни один выпуск новостей не обходится.
К относительно чистым и возобновляемому виду топлива относятся спиртовое топливо и биогаз, получаемые из продуктов растениеводства. К самому грязному можно отнести природный газ в любом, сжатом компримированном или сжиженном виде.
Другие общемировые тенденции в виде беспилотных и автопилотных систем (это диаметрально противоположные меры) стоят особняком, поскольку они относятся к развитию интеллектуальных форм транспорта и выезжают за рамки нашей темы – использования или преобразования вида энергии.
Мировой автомобильный заговор?
Углерод, он же carbon, стал основой экономики ХХ столетия и его кровью. Человечество наблюдает далеко не первую волну декарбонизации (т.е. запрета или ограничения углеводородного топлива). Было как минимум три волны и каждый раз они сопровождались кризисами в топливно-энергетической сфере. Но только сейчас она стала идеей-фикс в Европе, ЮВА и Америке уже на фоне стремления к экологической чистоте.
Согласно планам, Германия на развитие водородного транспорта выделяет субсидии в объёме 1,25 млрд евро, Франция – 960 млн, Италия – 570, Польша – 240, Бельгия – 80, Швеция – 50 и Финляндия – 30 млн евро. Брюссель рассчитывает и на привлечение частных инвестиций в объёме 5 млрд евро. Производство батарей в Европе будет осуществляться совместными силами по модели европейского авиастроительного концерна Airbus.
Япония является одним из мировых лидеров в сфере водородного производства. В 2016-м был утверждён план постепенного перехода на водород, а в марте 2020-го там открыли один из крупнейших заводов. Сейчас Страна восходящего солнца активно импортирует водород из России, Китая и Брунея.
Программа перехода к «водородному обществу», утверждённая в Южной Корее позволила запустить производство водородных поездов. Аналогичные поезда уже курсируют в Германии, Нидерландах, а в скором будущем АО «Трансмашхолдинг» в кооперации с «Росатомом» планирует запустить водородные локомотивы на Сахалине. То есть видно, что местные грузоперевозки являются лучшим полигоном.
Но попутно обывателям приходится объяснять, откуда в мире у сотен тысяч предпринимателей, частных инвесторов, законодателей и членов правительств возникло желание пересадить всех на электромобили или водород. Это действительно заговор?
Многие страны слишком зависимы от контрактных энергопоставок, где задействовано свыше 200 глобальных участников. В Европе слишком сильны институты политического влияния, которые формируются вокруг злободневных повесток дня. Если цена на газ и нефть в экономике продолжает манипулировать политикой, то не следует ли выйти из этого клуба шулеров? Но даже высокая стоимость водорода в странах золотого миллиарда является оправданной ценой, для перехода на экологически чистый вид топлива.
Стандарты европейского суперальянса
В предписаниях нормативов ЕС прописаны не только снижение расхода углеводородного топлива, но и отказ от него. У автопроизводителей есть ещё 5 лет, а в 2025 году вступит в силу первый пакет стандартов ЕС, сильно ограничивающий выбросы CO2. Так что действовать приходится стремительно.
Чтобы распределить усилия и финансирование новых разработок в автомобильном мире начали формироваться необычные альянсы. Недавним примером стала коалиция автоконцернов Daimler Truck AG и Volvo Group. Владельцы таких брендов, как Mercedes-Benz, Freightliner, Western Star, Mitsubishi Fuso, Volvo Trucks, Renault Trucks и UD создают совместное предприятие с равным распределением акций, при этом оставаясь конкурентами в других областях автобизнеса.
Новое предприятие станет специализироваться только на водородо- и электромобилях и производстве Н2-топливных элементов. Это позволит снизить затраты на разработку компонентов. Центр сотрудничества будет базироваться в Европе, а производимые на СП водородные системы могут работать как на европейских грузовиках Mercedes-Benz, так и на американских Freightliners или японских Mitsubishi-Fuso. Это же можно сказать и о европейских и американских брендах Volvo Trucks.
Daimler Truck AG передаст в новый проект свою дочернюю компанию Mercedes-Benz Fuel Cell GmbH, которая уже несколько лет занимается разработкой систем хранения водорода и технологией Н2 топливных элементов. Этот альянс позволил Daimler AG в апреле 2020 года закрыть программу разработки легковых автомобилей на водороде и перебросить силы на улучшение легковых электромобилей и электрических LCV.
Ретейлер – топливный магнат?
Маленьким странам, лишённым ресурсов и возможностей для промышленной экспансии, важно повышать уровень и качество жизни и образования, чтобы остаться в пуле развитых государств. Так, в Швейцарии набирает силу водородный тренд, развернувшийся на фоне строительства целой сети водородных заправочных станций (ВЗС). Параллельно с их созданием начался перевод автопарков на гидрогенный транспорт.
Производство топлива уже организовано инженерной фирмой Haas Engineering GmbH & Co. KG. Установка уже работает на одной швейцарской ГЭС.
Одним из основных популяризаторов водородной технологии стал ретейлер Coop Group – второй после Migros владелец товаропроводящей сети магазинов в Швейцарии. Руководство фирмы ещё в 2008 году поймало вирус экологизма. На этой почве компания приобрела 6 электрогрузовиков, а потом объявила, что её автопарк станет CO2-нейтральным не позднее 2023 года.
Но недостатки ограниченного диапазона аккумуляторных батарей (АКБ) сразу стали ясны, и Йорг Аккерман, отвечающий в Coop Group за транспортную корректировку в 2013 году обратил внимание на водородную технологию, которая тогда вообще не имела применения на автотранспорте в Швейцарии.
В ассоциацию уговорили войти производителей, потребителей, исследовательские центры, консалтинговые фирмы и законодательные органы. Так, уже в ноябре 2016 года в Швейцарии появилась первая водородная заправочная станция, которая получала водород от местной ГЭС. В 2018 году к Н2-ассоциации присоединились еще 17 транспортных компаний, с парком в 4000 тяжёлых грузовиков.
Только при наличии инфраструктуры сеть ВЗС может стать рентабельной. Ассоциация поставила цель построить к 2023 году сеть водородных заправочных станций в Швейцарии.
Швейцарская фирма ESORO первой в мире разработала 35-тонный тандемный автопоезд в составе тягача с водородными топливными элементами. По швейцарским дорожным нормативам полная масса автомобиля не должна превышать 18 т, а буксируемого прицепа – 16 т. Итого – 34 т. Но в 2019 году были внесены изменения, по которым автопоезда с альтернативными приводами могут быть на одну тонну тяжелее обычных. Таким образом, водородный автопоезд ESORO получил право на эксплуатацию по дорогам Швейцарии.
Блок топливных элементов Н2, разработанных компанией Swiss Hydrogen представляет собой криогенные баки с давлением 350 бар и химический преобразователь. В электроприводе присутствует литий-ионная (Li–IO) АКБ и задействуется при наборе скорости. При торможении включается режим рекуперации. Расчётная дальность для грузовика ESORO составляет 400 км, а заправка занимает около 9 минут. Электропривод полностью обеспечивает потребности всех энергоёмких вспомогательных агрегатов, включая холодильник и гидроборты.
Швейцарский подход к электрификации уникален тем, что водород производится методом электролиза на местной ГЭС IBAarau компании H2 Energy. Она запускается в работу в период падения спроса потребителей (ночное время) на электроэнергию, что позволяет компенсировать скачки в локальной сети.
Из Азии в Европу
В прошлом году в СМИ активно обсуждалась информация о продвижении корейских водородных грузовиков в Швейцарии. Речь шла о программе закупок сразу 1600 автомобилей в течение 4 лет. В большинстве своём будут приобретаться 18-тонные шасси, которые на одной заправке водорода смогут преодолевать порядка 400 км.
И вот в альпийский водородный тренд похоже впрягается Австрия. Застрельщиком борьбы за экологию стала сеть супермаркетов MPreis в рамках проекта Demo4Grid, спонсируемым ЕС. MPREIS Warenvertriebs GmbH владеет множеством продовольственных магазинов в Тироле, и имеет собственный парк из 42 грузовых автомобилей. Среди этих транспортных средств в основном преобладают тандемные автопоезда MAN TGX с прицепами.
Австрийцы собираются приобретать более тяжёлое 26-тонное водородное шасси Hyundai Xcient c 471-сильным электродвигателем. Руководство компании MPreis даже заявило, что уже в 2020 году у них в автопарке появится три Н2-электромобиля Hyundai. Также сейчас завершаются работы по возведению собственной установки по производству водорода в Фёльсе (район Инсбрук-Ланд). Сотрудничество между MPreis и Hyundai будет иметь долгосрочный характер, поскольку ретейлер уже пообещал полностью отказаться от дизельных двигателей и даже утвердил план постепенной замены к 2027 году всех своих ДВС-грузовиков на водородные. К тому же Тироль хочет быть энергетически автономным к 2050 году.
Сам же концерн Hyundai к 2030 году планирует обеспечить ежегодное производство в Южной Корее 500 000 автомобилей на топливных элементах, как легковых так и и коммерческих.
Водород на задворках
Золотому миллиарду, куда входят развитые страны, требуется толчок к развитию экономики в наукоёмких сферах, что сподвигает компании идти на собственные эксперименты.
DHL Deutsche Post переделала коммерческие 0,8-тонные фургоны Ford Transit в электромобили на собственном предприятии StreetScooter GmbH. Фургон Ford Transit H2 Panel Van стал первым стандартным 4,25-тонным электромобилем с объёмом 10 кубометров (эквивалентно объёму 100 экспресс-посылок), работающим на водородных топливных элементах. Он способен преодолевать расстояния до 500 км с одной заправки. До 2021 года будет изготовлено 100 фургонов в сотрудничестве с немецким подразделением компании Ford-Werke GmbH. Проект частично финансируется Федеральным министерством транспорта в рамках Национальной инновационной программы «Технология водородных и топливных элементов (NIP II)». Литий-ионная АКБ общей ёмкостью 40 кВт·ч. Запас водорода 6 кг хранится в герметичном резервуаре под давлением 700 бар. Компания не раскрывает затрат на эксплуатацию, а они в 8–10 раз оказываются выше, чем у обычного фургона с дизелем или бензиновым двигателем.
Китайское предупреждение
В декабре 2019 года китайский производитель двигателей Weichai Power объявил о создании совместно с CRRC Yongji карьерного самосвала CR240E, работающего от 200 литий-водородных батарей. Проект грузовика уже поддержан Китайским водородным альянсом и Национальной энергетической группой.
В 2020 году выпущен первый китайский водородный тягач тяжёлого класса. Турецко-китайское СП JMC Heavy Duty Vehicle Co., Ltd выпустило первую электроприводную версию седельного тягача Veyron, работающую на водороде. Модель JMC Veyron 4х2 FCV оборудована электромотором Invt TZ368XS-PLM150G01, выдающим максимальную мощность 250 кВт и крутящий момент 1600 Н·м. В конструкции грузового автомобиля присутствует литий-ионный блок аккумуляторных батарей с суммарной ёмкостью 127 кВт·ч. Эта АКБ используется при разгоне транспортного средства, при движении на затяжной подъём, а также для доведения до рабочей температуры ячеек водородных топливных элементов перед запуском.
Водород хранится в 8 сосудах суммарным объёмом 140 л под давлением 35 мПа. Максимальная дальность действия грузового электромобиля с одной полной заправки составляет 400 км. Максимальная скорость составляет 85 км/ч.
К слову сказать, в КНР полностью свернули производство гибридных грузовиков и Plug-in-гибридов. Выпуск бензиновых машин остался только в классе малотоннажников. Выпуск водородомобилей в среднем классе за 2019 год составил 179 машин, против 39 в 2018-м. К слову водоробусов большого класса было выпущено 722 штуки, среднего класса – 957 и малого класса – 326 ед. Почти половина всего выпуска пришлась на декабрь.
Новые мечты
Когда концерн IVECO объединил усилия с американским стартапом Nikola в совместной работе над водородным грузовиком Nikola Tre, то выяснилось, что и другие компании уже идут в этом направлении. DAF сотрудничает с производителем автобусов – компанией VDL, а концерн Toyota объединил усилия с Kenwroth. Электротехнический концерн Robert Bosch начал сотрудничество с производителем водородных топливных элементов Powercell Sweden. Соглашение предусматривает, что оба партнёра совместно разработают технологию серийного производства полимерно-электролитного топливного элемента (PEM). Примерный срок окончания работ установлен не позднее конца 2022 года. После этого Robert Bosch начнёт выпуск водородных компонентов для мирового автомобильного рынка.
Недавняя покупка крупнейшего моториста в мире – корпорации Cummins (38% мирового рынка дизелей) компании Hydrogenics Corp., лишь укрепила её позиции. Видимо, руководство Cummins хорошо помнило о судьбе погибшего концерна Kodak, который был лидером рынка в производстве фото- и кинопленки, но не среагировала на появление цифровых камер.
По самым пессимистичным выкладкам специалистов ResearchAndMarkets.com, глобальный рынок водородных топливных элементов в марте оценивался в $476 млн и обещает взлететь до $55 млрд к 2026 году.
