«Запрягаем» водород

Вчера эти транспортные средства мы могли видеть лишь в фантастических фильмах, сегодня они – элемент правительственных программ

Все мегаполисы мира страдают из-за увеличивающегося количества автомобильного транспорта. И тот, кто ездит по улицам, и тот, кто по ним ходит, на себе ощущают последствия загрязнения атмосферы выбросами двигателей внутреннего сгорания, которые установлены на подавляющем большинстве транспортных средств. К тому же эти выбросы вызывают нарастающее негативное изменение климатических условий за счет так называемого парникового эффекта. Можно привести и несколько конкретных неприятных цифр. Около 90 процентов энергии в мире производится на основе сжигания углеродного природного топлива (рост ~ 2 процента в год), а 25 процентов энергии производится (и потребляется) транспортом (рост ~ 3,2 процента в год). 90 процентов загрязнения атмосферы (и 30 процентов общего загрязнения) в мегаполисах и крупных городах – следствие автомобильных выбросов. Проблема ясна. А решаема ли?
– Уверен, что да, – говорит президент Союза развития наукоградов России доктор технических наук Анатолий Долголаптев. – Цель – уменьшить выбросы от транспортных средств – определена во всем мире достаточно давно, хотя и движутся к ней страны не без труда.
Тут надо учесть ряд факторов. С одной стороны, налицо острая необходимость снизить выбросы продуктов сжигания углерода в атмосферу. С другой – высокая инерционность процесса замены оборудования на экологически более чистое в «большой углеродной энергетике» (срок службы действующего оборудования – 30-50 лет). Вместе с тем срок эксплуатации транспортных средств сегодня снизился всего лишь до 5-7 лет. Происходящее улучшение показателей двигателей внутреннего сгорания с внедрением все повышающихся норм (в частности, «Евро») позволит снизить уровень вредных выбросов, но не решит проблемы выбросов парниковых газов. Поэтому нужны именно новые типы транспортных средств, использующие альтернативные виды энергосиловых комплексов.
– Я знаю, что группой предприятий под руководством ОАО «Корпорация «Компомаш» начаты работы по созданию нового поколения «безвыбросных» транспортных средств. Прежде всего речь идет о таких загрязнителях атмосферы, как автобусы, маршрутные такси, грузовой муниципальный транспорт. Плюс так называемый внутриобъектовый транспорт для спортивных, парковых, курортных и других подобных зон, где транспортные средства также должны минимально загрязнять окружающую среду, а по возможности вообще исключить такие загрязнения…
– Упомянутая вами группа отечественных предприятий опирается на ряд научно-технических достижений, основанных на результатах работ в ракетно-космической отрасли. Эти достижения, в сочетании с использованием ряда импортных комплектующих изделий, позволяют создать принципиально новые эффективные «безвыбросные» энергосиловые комплексы для экологически чистых транспортных средств. При этом предполагается создание двух основных типов транспортных средств: электронакопительные и водородные.
Такие транспортные средства созданы, однако пока из-за ряда технических, экономических и организационных трудностей их применение ограничено.
– Что мешает больше всего?
– К техническим препонам я бы отнес ограничения по массе и габаритам, лимитирующие запас энергии на борту транспортных средств – емкости электрических батарей и количество водорода, что, в свою очередь, снижает эксплутационные характеристики – пробег между заправками, пассажировместимость и грузоподъемность, затраты на тонно-километр и т.д. Не стоит забывать и о повышенной пожаровзрывоопасности водородных транспортных средств, использующих свободный молекулярный водород. А зарядка аккумуляторов ЭТС сегодня происходит достаточно долго.
Плюс экономические ограничения. К ним относятся неконкурентная стоимость ЭТС и ВТС вследствие высоких цен на основные агрегаты транспортных средств, аккумуляторные батареи и топливные элементы, а также высокие затраты на потребляемые водород, электроэнергию. Дорого обходится и создание новой инфраструктуры обслуживания.
– Что же делать?
– Технические ограничения возможно преодолеть за счет имеющихся и проводимых разработок мирового уровня в следующих областях. Во-первых, в области безопасных и технически приемлемых способов хранения (получения) водорода на борту ВТС. Во-вторых, в области бортовых водородных энергосистем, энергосберегающих электроприводов, электронакопителей на основе суперконденсаторов, а также системного подхода к созданию и развитию транспортных систем на базе ЭТС и ВТС.
Предполагаемый к использованию способ хранения водорода базируется на безопасном водородном топливе с наиболее высоким из достигнутых показателем аккумуляции водорода, превышающим 6 процентов от массы топлива, отделяемого путем каталитического дегидрирования непосредственно на транспортном средстве. При этом отработанное водородное топливо, из которого выделен водород, способно к последующему восстановлению, причем многократно, и дальнейшему использованию. В этом случае стоимость водородного топлива определяется в основном затратами на водород. Весьма существенно, что это топливо является нелетучей, трудновоспламеняемой, нетоксичной жидкостью, пригодной к использованию на существующем оборудовании автозаправочных комплексов после его некоторой доработки.
Тяговые суперконденсаторы хотя и уступают аккумуляторам по энергонакоплению, но имеют примерно в 10 раз меньшее время заряжания, что делает перспективным их применение в легких, до 500 кг, ЭТС. Совсем скоро будет создан суперконденсатор, позволяющий сэкономить до 30-40 процентов энергии, потребляемой существующим электрическим транспортом – трамваями и троллейбусами. Это чрезвычайно важно в нынешних условиях постоянного роста тарифов на электроэнергию, поскольку позволит снизить себестоимость перевозок, а значит, и стоимость проезда.
Получение водорода, необходимого для гидрирования, требует затрат энергии. Часть этой энергии возможно получить на основе использования излишков энергии энергогенерирующих предприятий, образующихся вследствие сезонной, недельной и суточной цикличностей энергопотребления. Но при этом важно отметить, что при гидрировании выделяется большое количества тепла, и, следовательно, установки по производству водородного топлива могут быть использованы в качестве локальных теплогенерирующих центров.
По всем ключевым техническим новациям (водородное топливо, процесс дегидрирования, мотор-колесо, импульсные и тяговые суперконденсаторы) оформлены исключительные права, позволяющие, как и вновь получаемые результаты, удерживать российский приоритет в дальнейших разработках.
– Пути решения проблем намечены. Как же и когда электронакопительные и водородные транспортные средства будут входить в нашу повседневную практическую жизнь?
– Решение организационных проблем внедрения ЭТС и ВТС возможно путем поэтапного создания системы экологически чистого городского транспорта на основе тиражирования самодостаточных с точки зрения функционирования локальных комплексов, первый из которых – пилотный – будет создан к 2012 году. Первоначальным этапом создания транспортных средств нового поколения станет разработка и организация производства легкого электронакопительного транспортного средства в двух вариантах (пассажирский – на 8 человек и грузовой – грузоподъемностью 0,8 т). Одновременно необходимо решать задачи как отработки новых технических решений, так и обеспечения экологически чистыми легкими транспортными средствами природоохранных объектов, в том числе при проведении в 2014 году зимних Олимпийских игр в Сочи.
Одним из перспективных также является унифицированное семейство малотоннажных (около 3-4 тонн) ЭТС и ВТС в виде модификаций микроавтобусов на 12-14 пассажиров и грузовиков в полторы тонны. Кстати, работа по созданию транспортных средств нового поколения – один из научно-технических приоритетов в работе Правительства столицы РФ. В ближайшее время предполагается подготовка и утверждение соответствующей городской программы.

Александр ГУБАНОВ