На радость «зелёным»
Первый в мире… Это звучит громко и гордо. А полностью фраза выглядит следующим образом: «первый в мире серийный автомобиль на водородных топливных элементах». Она взята из пресс-материалов фирмы Honda и относится к модели FCX Clarity. Возможно, данная информация и соответствует действительности, хотя, вероятнее всего, слово «серийный» следует заменить на «мелкосерийный». Но эта замена ни в коей мере не принижает достижение японских инженеров, а скорее подчеркивает сложность тех задач, которые удалось решить специалистам компании.
Далекая перспектива
Идея применения водорода в качестве моторного топлива для автотранспортных средств далеко не нова. В разных странах этим занимаются уже в течение нескольких десятков лет, однако результаты на данном поприще пока что весьма скромны. Объясняется это, с одной стороны, совершенством существующих обычных автомобилей, т.е. с бензиновыми, дизельными и газовыми двигателями, и поэтому сделать что-то лучше их очень и очень сложно, а с другой – огромной стоимостью водородных технологий. Так что вряд ли в ближайшие десятилетия удастся создать конкурентоспособный водородомобиль.
Но если учесть, что глобальная экологическая проблема становится все более и более актуальной, а в бюджетах очень многих стран на ее решение выделяются огромные средства, то на автомобили, потребляющие водород, можно взглянуть и по-другому. Ну почему бы и не поучаствовать в «освоении» этих средств, тем более, что успешное решение хотя бы части проблем принесет и пользу, и славу? При этом большим достижением станет водородомобиль с приемлемыми динамическими характеристиками, которым можно пользоваться ежедневно. А что касается цены, то на нее пока можно не обращать внимания.
В целом проблема использования водорода в качестве моторного топлива автотранспортных средств распадается на две составляющие: получение, хранение и распределение самого водорода и использование его непосредственно на борту автомобиля. Существует два подхода к созданию водородомобилей. Один из них основан на сжигании водородно-воздушной смеси в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания, а второй – на получении сначала электроэнергии с помощью электрохимического генератора (другое название – батарея топливных элементов), а затем подаче ее на электромотор.
К лидерам первого направления относится фирма BMW. В 2008 году на Московском международном автосалоне она показала водородный двигатель BMW Hydrogen 7 с параметрами V-12; 6 л; 191 кВт/260 л.с. Однако в данном случае добиться идеального транспортного средства с точки зрения экологии не получается – в отработавших газах все же содержатся токсичные компоненты, хотя и в небольшом количестве. В этом отношении гораздо перспективнее водородомобиль, в основе которого – батарея топливных элементов и электрическая машина. Кроме того, у него отсутствуют вибрации и шум, характерные для двигателей внутреннего сгорания. А это уже повышенный комфорт.
Основными компонентами такого автотранспортного средства являются электрохимический генератор, буферная аккумуляторная батарея, электрический мотор-генератор, управляющая и силовая электроника – последняя предназначена для коммутации силовых электрических цепей. Конечно, нельзя забывать и про емкость для хранения водорода. Для обеспечения приемлемого пробега на одной заправке необходимо, чтобы баллон со сжатым топливом выдерживал очень высокие давления (несколько сот атмосфер), или надо идти по пути применения криогенной техники – однако все это технически реализуемо. Из перечисленного ключом к достижению положительного результата служат характеристики батареи топливных элементов.
История успеха
Фирма Honda хорошо известна своими гибридомобилями, но оказывается, она преуспела и по части водородной тематики. К исследованию топливных элементов компания приступила во второй половине 1980-х годов, а в 1998 году – к разработке первого прототипа автомобиля на топливных элементах, и через год представила FCX-V1 (на водородном топливе) и FCX-V2 (на метаноле). Им на смену в 2000 году пришел прототип FCX-V3 с новой конструкцией электрохимического генератора. Он обладал динамикой, традиционной для автомобилей Honda, и обеспечивал пробег в 180 км.
Дальнейшим развитием удачной модели стал FCX-V4 (2001 год) с увеличенной до 315 км дальностью пробега. Для него полностью переработали силовую установку, сделав ее более компактной, а давление сжатого водорода в баллоне подняли до 350 атмосфер. Размещение емкости с топливом под полом позволило увеличить грузовое пространство и улучшить пассивную безопасность. Но самое главное – в 2002 году FCX-V4 впервые в мире был сертифицирован Агентством по охране окружающей среды США (ЕРА) и Палатой воздушных ресурсов Калифорнии (CARB) для эксплуатации на дорогах общего пользования. В Японии соответствующая сертификация была получена от Министерства Земли, инфраструктуры транспорта и туризма. Таким образом, компания Honda стала первым автопроизводителем, сумевшим создать автомобиль на топливных элементах для практического применения.
В 2003 году удалось разработать электрохимический генератор нового поколения, получивший обозначение FC Stack. Он стал и мощнее, и компактнее, а температура, при которой возможен устойчивый запуск, снизилась до –20° С.
На автосалоне в Токио осенью 2005 года показали FCX Concept, оснащенный батареей топливных элементов V Flow FC Stack. По сравнению с предшествующей (FC Stack) она уменьшилась по габаритам на 50% и по весу на 67%, что позволило установить ее в центральном тоннеле между передними сиденьями. В результате салон стал просторнее и удалось более эффективно разместить другие компоненты транспортного средства. С моделью FCX Concept компания Honda вплотную подошла к тому, чтобы сделать последний шаг на пути к промышленному внедрению водородомобиля.
И этот шаг был сделан – в ноябре 2007 года появился FCX Clarity, у которого высокие экологические и динамические параметры сочетались с комфортом и футуристическим дизайном. В том же году начинается и его производство – собирают первый экземпляр. В июле 2008 года водородомобиль стал доступен в лизинг для индивидуальных заказчиков в США, в ноябре того же года – в Японии, а с 2009 года – и в Европе.
Японское чудо
Возможность познакомиться с заморской диковинкой отечественные автомобилисты имели в 2010 году – FCX Clarity украшал стенд компании Honda на Московском автосалоне. 4-местный 4-дверный седан (габаритные размеры 4835 × 1845 × 1470 мм, масса составляет 1625 кг) оснащен электрохимическим генератором Honda V Flow FC Stack (топливные элементы с протонообменной мембраной) мощностью 100 кВт, который устойчиво запускается при температуре до –30° С. Синхронная электрическая машина на постоянных магнитах также имеет мощность 100 кВт и в тяговом режиме развивает максимальный крутящий момент 256 Н·м. Буферная аккумуляторная батарея – литий-ионная, в процессе торможения (рекуперативного) производится ее подзарядка.
Полную заправку сжатым водородом (емкость баллона равна 171 л) можно осуществить за 4 мин., и она обеспечивает запас хода в 460 км. Максимальная скорость японского чуда составляет 160 км/ч.
FCX Clarity оснащен полным набором современных систем безопасности, а также устройств, обеспечивающих комфорт. В него входят навигационная система с указанием места расположения станций, заправляющих водородом, адаптивный круиз-контроль (ACC – Adaptive Cruise Control), система предотвращения и уменьшения последствий столкновений (CMBS – Collision Mitigation Brake System), электроусилитель рулевого управления, видеокамера заднего вида, аудиосистема премиум-класса, беспроводная телефонная связь на основе технологии Bluetooth. Приборная панель содержит дисплей, на котором отображаются параметры потребления водородного топлива.
В процессе эксплуатации FCX Clarity выделяется только чистый водяной пар. Однако опасность загрязнения окружающей среды остается при производстве водорода. Его можно получать различными способами, например, из природного газа (самая распространенная на сегодняшний день технология) или с помощью электролиза воды, применяя при этом электричество, получаемое из возобновляемых источников энергии: солнечной, ветровой, водной. Второй метод предпочтительнее. Вода, выделяемая автомобилями на топливных элементах, возвращается в окружающую среду и может вновь идти на производство водорода. Реализация подобного возобновляемого водо-водяного энергетического цикла когда-нибудь позволит создать действительно экологически чистые источники энергии и устранить зависимость общества от проблем, связанных с использованием ископаемого топлива.
Подведем итог. Японское чудо техники быстро заправляется топливом, а его запас хода не уступает автомобилям с бензиновыми двигателями. Кроме того, имеются возможности повышения мощности и снижения массы и габаритных размеров электрохимического генератора. При этом само движение благодаря электродвигателю получается бесшумным и может сопровождаться исключительно плавными и динамичными разгонами. Ну что еще надо?
Нынешняя цель компании Honda – выйти на крупномасштабное производство автомобилей на водородных топливных элементах и сделать их доступными для широких слоев населения. Однако для этого предстоит сделать еще очень многое: снизить стоимость приобретения подобного транспортного средства до приемлемого уровня, создать инфраструктуру водородных заправочных станций, а также решить ряд других проблем. Пожелаем ей успеха.
