Изучение электрического люкс-класса в предыдущей части статьи мы закончили упоминанием о топливных элементах. Остановимся на этом важном вопросе более подробно.
Аккумуляторы, которые применяются в современных электромобилях, обладают невысокой энергоемкостью. Так, например, вес аккумулятора в культовом электрокаре Tesla Model S составляет 540 кг, при этом обеспечивается пробег не больше, чем у обыкновенных бензиновых автомобилей. Понятно, что возить с собой полутонную АКБ накладно с экономической точки зрения. Поэтому в обычные, а не культовые электромобили ставят более легкие батареи из расчета 1 кг веса = 1 км пробега. Такой автомобиль приходится заряжать, как гаджет - 1, а то и 2 раза в день.
Инженеры ищут способы обеспечить автомобильной технике большую автономность. Но уже привычные бензин-электрические гибриды рассматриваются ими, как временная мера. Производители понимают, что экологи доберутся со своими нормами вредных выбросов и до этой компромиссной технологии. Поэтому пионер гибридных автомобилей - компания Toyota внедряет водородное топливо, которое призвано заменить бензин.
9. Водородные топливные элементы
Водород является самым энергоемким в расчете на единицу массы горючим - теплота его сгорания в примерно в 2.5 раза выше, чем у метана и бензина. Он же является наиболее экологичным, потому что химическая формула сгорания 2H2 + O2 = 2H2O (вода) обещает нулевое содержание вредных выбросов. Для водорода не требуются антидетонационные присадки, как для бензина и сжигается он не в ДВС с трущимися деталями и угаром масла, а в топливных элементах, где непосредственно преобразуется в электроэнергию. Благодаря топливным элементам водород естественным образом сочетается с наработанными технологиями электромобилей.
По принципу работы и конструкции топливные элементы являются непрерывно перезаряжаемым аккумулятором. Они обладают невероятным КПД - более 80% у серийных образцов, что вдвое выше показателей лучших экспериментальных ДВС. Топливные элементы широко применяются в космических аппаратах. Интересно, что в начале космической эпохи на эту технологию обратила внимание американская автомобильная промышленность - она экспериментирует с топливными элементами аж с 1966 года. Но первыми довели эту технологию до массового производства японцы. В 2014 году после совместной работы с BMW и экспериментов с концептом Toyota FCV японцы запустили в серию автомобиль Toyota Mirai.
10. Автомобили на топливных элементах
Toyota Mirai построен на основе Toyota Prius V и обладает аналогичным шасси. В оформлении передней части машины сразу бросаются в глаза большие воздухозаборники. Они подают воздух к расположенной под передними креслами батарее фосфорно-кислотных топливных элементов (PAFC), в которой производится окисление водорода. Сам водород хранится в двух композитных баках высокого давления; запаса в 5 кг хватает на 300-500 км пробега. Электрическая часть Mirai в целом аналогична "приусовской" - она включает в себя мотор-генератор на передней оси, инвертор и вторичную аккумуляторную батарею для рекуперации энергии. Батарея - старая добрая NiMH, которая не предназначена для длительного движения в режиме электрокара.
Toyota Mirai заправляется за 3 минуты на водородных автозаправочных станциях, которые строит Toyota. Стоимость автомобиля - около $60,000, водород пока тоже относительно недешев. Но перспективы снижения цены имеются. Их дает более высокий КПД водородного цикла по сравнению с электрическим: 36% при получении водорода из метана по сравнению с 24% при сжигании метана на электростанциях и применении его для зарядки Li-ion аккумуляторов. Кроме того, очень много водорода впустую выбрасывается в атмосферу на разного рода химических производствах.
Более подробный обзор серийной машины Toyota Mirai вскоре появится на нашем сайте. А пока отметим, что Toyota продолжает работать над водородомобилями. Это понятно - сеть водородных заправок требует больших вложений, которые могут быть оправданы только при выпуске множества различных автомобилей. Дороги назад уже нет. В прошлом году компания представила следующий концепт Toyota FCV Plus, а также люксовый концепт Lexus LF-FC, который в 2017 году станет пятым поколением седана Lexus LS.
Почин Toyota поддержан другими производителями, которые приходят на готовую инфраструктуру. Технологический партнер - BMW готовится подключиться со своими серийными водородными моделями в 2020 году. Еще раньше - уже в 2016 году планируется выпуск близкого аналога Mirai - Honda Clarity Fuel Cell. Готовятся водородная Audi A7 Sportback и сверхлегкий британский концепт Riversimple Rasa.
Развитие гражданских водородных технологий открывает новые возможности. Так, в российском Институте проблем химической физики разработан беспилотный октокоптер Нелк В8 на топливных элементах, который продержался в воздухе рекордное в своем классе время - более 3 часов (октокоптер - это вертолет с 8 винтами). Здесь решающую роль сыграла высокая энергоемкость водородного топлива.
Вы спросите, какое отношение авиапром может иметь иметь к автомобилям? Самое непосредственное - об этом в следующей части статьи.
Развитие гражданских водородных технологий открывает новые возможности. Так, в российском Институте проблем химической физики разработан беспилотный октокоптер Нелк В8 на топливных элементах, который продержался в воздухе рекордное в своем классе время - более 3 часов (октокоптер - это вертолет с 8 винтами). Здесь решающую роль сыграла высокая энергоемкость водородного топлива.
