Научно доказано: у водородомобилей нет будущего

Зеленые автомобили — это во многом о маркетинге и политике, а не об экологии. Однако независимая научная работа, опубликованная на днях в рецензируемом журнале Nature Electronics, детально раскрывает именно технологичную сторону вопроса: что лучше, водородные топливные ячейки или литиевые аккумуляторы. Проще говоря, за чем будущее — за водородомобилями или электрокарами?

История вопроса

Вот уже пару десятилетий автопроизводители и всяческие стартапы делают ставку на одну из двух перспективных зеленых транспортных технологий — водородные топливные ячейки или литиевые аккумуляторы. Фактически оба типа машин, которые строятся на их основе, являются электромобилями (EV), разница только в способе «перевозки» энергии с собой. В первом случае они называются FCEV (Fuel cell EV), во втором — BEV (Battery EV).

Серьезные компании готовы с пеной у рта доказывать, что их вариант однозначно выиграет, а противоположный обязательно вымрет. Лагеря сформировались давно и даже не собираются искать консенсус. Наконец весомый аргумент в этом споре принес научный метод.

Научный подход

Речь о работе Патрика Плотца (Patrick Plötz) из Института систем и инновационных исследований Общества содействия прикладным исследованиям имени Фраунгофера. В своем исследовании Плотц сравнил энергетическую эффективность двух типов транспорта от момента выработки электричества до его работы в моторе машины.

Результаты оказались предсказуемыми только для одного «лагеря» — выигрыш батарейных электромобилей составил 200%.

Для простоты и наглядности расчетов в разделе с краткой сутью работы Плотц привел следующую схему. Допустим, у нас есть источник зеленой энергии, предоставляющий 100 киловатт-часов электричества.

В случае с BEV картина выглядит следующим образом: транспортировка по проводам с эффективностью 90% (среднее значение для современных высоковольтных ЛЭП большой протяженности), затем конвертация в постоянный ток и зарядка аккумулятора с эффективностью 85% (также усредненное значение), а потом работа — с учетом рекуперации удается использовать, в среднем, 90% запасенного в батарее электричества.

Для водородомобилей все «чуть-чуть» сложнее (в скобках — эффективность процесса): сначала переменный ток преобразуется в постоянный (95%) для электролиза (75%), полученный газ сжимают (90%), перевозят до заправки и оттуда сливают в бак машины (80%), которая уже прогоняет водород через топливную ячейку, чтобы выработать электричество (50%) и направить его в двигатель (90%).

Важная ремарка — для транспортировки газа эффективность рассчитывается с учетом потерь энергии на работу насосов, танкеров и грузовиков, это не потери водорода непосредственно. Также рассматривать учтенную Плотцом технологию сжижения водорода мы просто не будем, поскольку ее конечная эффективность совсем низкая.

Итоговые цифры получились следующими: из первоначальных 100 кВт⋅ч батарейный электромобиль может использовать 69, а водородный — всего 23. Как говорится, дальнейшие объяснения излишни.

Что на рынке

Безусловно, адепты водородных технологий, а также компании, сделавшие на них ставку — вроде Toyota, GM и Hyundai, — могут привести множество «уточняющих» контраргументов. И показатели эффективности отдельных преобразований немецкий физик взял усредненные, и вот же есть топливные ячейки аж на 15% лучше, и даже источники самого горючего есть другие, кроме электролиза.

Но есть два нюанса. Во-первых, задачей данной научной работы и не было провести полный разбор технологий, анализировалась лишь средняя эффективность энергетической цепочки в каждом случае при использовании текущих разработок. Во-вторых, если ударяться в дебри тонкостей, то придется брать и все негативные аспекты — начиная от невероятно дорогой водородной инфраструктуры и заканчивая чрезвычайно низкой удельной энергоемкостью водорода (да, на единицу массы в нем энергии запасено много, однако у этого газа самая низкая плотность из всех веществ).

В итоге остается только один вопрос: почему же тогда от водорода никто не отказывается? Если не вдаваться в спекуляции с фантазиями, возможных ответов видится несколько. Свою роль может играть узость специалистов технологических центров (где-то они сфокусировались на водороде, где-то на литии), а также инертность мышления руководства. Последнее состоит из таких же людей, как мы все, и навряд ли способно глубоко разбираться во всех тонкостях. Директору сказали свои инженеры, что водород — будущее, он и отстаивает данную точку зрения. К тому же до недавнего времени темпы роста удельной емкости литиевых батарей не были очевидны, так что водород в качестве своеобразного аккумулятора энергии представлялся удобным вариантом для большегрузного транспорта.

Тем не менее, аккумуляторы становятся совершеннее, зарядки быстрее, электромобили популярнее. И уже существуют вполне привлекательные по своим потребительским качествам батарейные электрофуры. Даже самые ярые адепты водорода, на самом деле, стараются не класть все яйца в одну корзину. Корейский Hyundai работает и над BEV, американский General Motors и вовсе уже сделал ставку на батарейную реинкарнацию «Хаммера». Кстати, переобувание получилось невероятно качественным и быстрым — GM удалось стать пока что единственным производителем, который пустил производство электрического внедорожника в обещанный с первого раза срок. Ну и не будем забывать многострадальную Nikola: компания упорно «косила» под Tesla, обещала водородную революцию, а оказалась мошеннической схемой и разорилась в прошлом году.