В 2025 году MAN Truck & Bus, второй по величине производитель грузовиков в Европе, выпустит 200 водородных грузовиков с собственным двигателем внутреннего сгорания H45. Эти грузовики будут выбрасывать менее 1 г CO2/тонно-км (значительно меньше, чем сопоставимые дизельные грузовики) и преодолевать до 600 км без дозаправки в течение 15 минут. Они также не требуют тяжёлых и дорогостоящих литий-ионных аккумуляторов, но, по словам MAN, будут соответствовать критериям ЕС для транспортных средств с нулевым уровнем выбросов. Как этого добиться и почему, несмотря на такие убедительные аргументы, многие в отрасли не переходят на водородные двигатели внутреннего сгорания (H2ICE) в качестве решения с нулевым уровнем выбросов?
H2ICE быстро выходит на рынок...
Как сообщает IDTechEx в своём подробном обзоре на эту тему «Водородные двигатели внутреннего сгорания 2025–2045: применение, технологии, состояние рынка и прогнозы», H2ICE рассматривается различными производителями как решение для труднодостижимых транспортных отраслей. Исследования IDTechEx показывают, что, хотя химические свойства водорода приводят к несколько иным характеристикам сгорания по сравнению с обычными бензиновыми/дизельными двигателями, при правильной эксплуатации двигателя (бедное сгорание, искровое зажигание с λ > 2, 2) можно добиться подходящей производительности. Хотя некоторые компоненты (например, системы впрыска и хранения топлива) необходимо модернизировать, существует значительный потенциал для использования существующих дизельных компонентов и производственных мощностей. Компания BorgWarner, крупный поставщик автомобилей, заявила на конференции IDTechEx: «H2ICE — это быстро внедряемое на рынок решение для силовой установки, которое требует лишь незначительных доработок существующего двигателя внутреннего сгорания для достижения как нулевого уровня выбросов CO2, так и будущих норм выбросов».
Если H2ICE позволяет значительно сократить выбросы, может быть внедрён быстро и не влияет на производительность и запас хода (важные показатели для коммерческого транспорта), то что его сдерживает?
Необходимая инфраструктура еще не готова в полном масштабе
Для H2ICE требуется водород. Если целью является сокращение выбросов CO2 с колес (в отличие от выбросов только из выхлопных труб), то необходимо использовать низкоуглеродистый синий или зеленый водород. Это вещество должно быть не только произведено (например, с помощью электролиза с использованием возобновляемых источников энергии), но затем спрессовано, транспортировано, сохранено и, наконец, дозировано в транспортном средстве. Этот процесс требует затрат энергии, а необходимая инфраструктура в большинстве регионов практически отсутствует.
По данным IDTechEx, по состоянию на июль 2024 года в мире насчитывалось 1063 водородные заправочные станции (HRS). Для сравнения: в 2023 году в мире насчитывалось около 4 миллионов зарядных станций для электромобилей, что на порядок больше. HRS также в основном сосредоточены в определённых регионах, в частности в Китае, Корее, Японии и Калифорнии. Хотя в целом наблюдается тенденция к увеличению количества HRS, в некоторых регионах этого не происходит.
В Германии самая разветвлённая инфраструктура для заправки водородом в Европе. В период до 2022 года наблюдался значительный рост числа станций H2, однако в последние два года количество станций стабилизировалось на уровне около 80. Некоторые станции HRS даже закрылись, например, несколько станций Everfuel, о закрытии которых было объявлено в сентябре 2023 года. Компания сослалась на "незрелость рынка и технологий водородной мобильности".
В Калифорнии также произошли закрытия. В начале 2024 года Shell объявила о постоянном закрытии своего 5-часового представительства в штате. Это произошло после того, как более ранние планы по строительству 48 новых HRS, построенных компанией Shell, были отменены, прежде чем 3 из 5 станций были временно закрыты в сентябре 2023 года. Наконец, в феврале 2024 года Shell объявила, что эти закрытия станут постоянными и будут распространяться на все их станции, что нанесет серьезный удар по развертыванию водородной инфраструктуры по всему штату. Shell сослалась на «политическую и экономическую неопределённость на начальных этапах выхода на рынок».
Конкуренция на горизонте
Помимо нехватки доступной инфраструктуры, H2ICE сталкивается с ещё одной угрозой в виде электрификации. В частности, электромобили на аккумуляторах и электромобили на топливных элементах также предлагают решения с нулевым уровнем выбросов.
Как и электромобили, аккумуляторные электромобили-грузовики работают исключительно на электроэнергии, запасённой в аккумуляторе. В настоящее время размер и стоимость аккумулятора, необходимого для обеспечения требуемого запаса хода тяжёлого грузовика класса 8, огромны. В то время как аккумуляторная батарея автомобиля может иметь ёмкость около 60 кВт·ч, исследования IDTechEx показывают, что ёмкость некоторых грузовиков достигает 800 кВт·ч и более (например, Tesla Semi). Они не только невероятно большие и тяжёлые (потенциально около 4500 кг), но и дорогие. При цене 200 долларов США за киловатт-час аккумуляторная батарея ёмкостью 800 киловатт-часов будет стоить 160 000 долларов США — больше, чем дизельный грузовик! Зарядка также становится серьёзной проблемой: для зарядки электромобиля на зарядной станции для грузовиков требуется огромная мощность, чтобы заряжать его со скоростью мегаватт.
Несмотря на эти трудности, аккумуляторные электромобили являются наиболее эффективным способом использования электроэнергии и, таким образом, потенциально могут обеспечить значительную экономию средств (при низких затратах на электроэнергию). Постоянное снижение цен на литий-ионные аккумуляторные батареи и внедрение более дешёвых химических составов, таких как LFP, постепенно снизят капитальные затраты на электромобили. Зарядка мощностью 1 МВт становится новым сегментом быстрой зарядки мощных электромобилей постоянным током, и хотя скорость заправки, как у дизельных двигателей, маловероятна, 45-минутная зарядка (совместимая с минимальным перерывом, предусмотренным законодательством ЕС) представляется возможной.
Электромобили на топливных элементах также используют водород, но вместо того, чтобы сжигать его в двигателе, он соединяется с кислородом через мембрану топливного элемента для выработки электроэнергии и воды. Одним из преимуществ этого является более высокий уровень эффективности, то есть электромобиль может проехать большее расстояние на том же количестве (дорогого и труднодоступного) топлива. Электромобили на топливных элементах существуют уже несколько десятилетий, но им не удалось завоевать популярность из-за тех же проблем с инфраструктурой, связанных с водородом, с которыми в настоящее время сталкивается H2ICE. Однако IDTechEx ожидает, что благодаря более эффективным трансмиссиям и нулевым выбросам из выхлопной трубы (по сравнению с незначительными выбросами у автомобиля H2ICE) электрогрузовики на топливных элементах во многих ситуациях будут более выгодными, чем грузовики H2ICE. Таким образом, даже если водородную инфраструктуру можно будет внедрить в больших масштабах, H2ICE столкнётся с жёсткой конкуренцией со стороны своих электрических аналогов.
|
