680 л.с., 4 секунды до 100 км/ч... — самый крутой российский седан на тестах «За рулем»
Химический анализ
Технология с водородом в качестве автомобильного топлива – экзотика общемирового масштаба. Под капотом стоит электрохимический генератор, в который поступают воздух и водород. Первый приходит естественным путем, снаружи. Стоит небольшой компрессор для нагнетания: воздуха силовой установке нужно больше, чем обычному атмосфернику. И вдобавок его нужно подготовить – осушить, нагреть или охладить до оптимальных 20 ºC.
Водород хранится в баллонах в заднем свесе кузова. Емкости – из композитных материалов, с металлической вставкой внутри. Как уверяют, при любых нагрузках, ударах и прочих воздействиях они могут терять форму, но не герметичность. Это принципиально важно: топливо хранится под давлением до 700 атм! Водорода в два баллона можно закачать всего около 8 кг, но на них Аурус Сенат может проехать до 600 км.
В генераторе происходит химическая реакция кислорода, который берется из атмосферного воздуха и водорода. Побочным продуктом, выхлопом, оказывается чистая вода. А основным – электричество. В зависимости от режима движения и состояния силовой установки, оно может направляться напрямую на электромоторы, запасаться в аккумуляторе или идти сразу по обоим направлениям.
И вот тут кроется главное преимущество перед чистым электромобилем. Последнему для достижения приличной автономности нужна внушительная батарея – тяжелая, массивная и дорогая. При водородном варианте аккумулятор играет вспомогательную роль. Поэтому здоровенный седан массой около трех тонн имеет батарею емкостью всего 20–36 кВт·ч. У хэтчбека гольф-класса Nissan Leaf больше! А запас хода у Ауруса благодаря запасу водорода – как у электромобилей с огромными батареями емкостью 100–120 кВт·ч.
ЕСТЬ ВАРИАНТЫ
Силовая установка Ауруса – лишь один из вариантов использования водорода в автомобиле.
Можно, например, направлять его не в электрохимическую установку, а в традиционный двигатель внутреннего сгорания вместо бензина. Получаются сплошные минусы, которые затмевают сравнительную простоту переделки машины в экологически чистую. Из-за высокой теплоты сгорания водорода возникают чрезмерные тепловые нагрузки на детали двигателя. Существенно снижается мощность. Например, BMW 760Li с мотором V12 выдает 445 л.с. в исходном состоянии и всего 260 л.с. на водороде. При этом работать исключительно на водороде мотор не может, он битопливный. Общий КПД установки оказывается на уровне бензинового мотора (около 30%), тогда как эффективность топливных элементов в полтора-два раза выше.
Более продвинутый сценарий – использовать вместо литий-ионной батареи суперконденсатор. Он мало весит, быстро принимает и отдает энергию. А раз у водородной машины аккумулятор играет вторую роль, то большая емкость и масса ему ни к чему. В этом случае вес автомобиля окажется не больше, чем у аналога с ДВС при всех преимуществах электромобиля. Правда, цена будет выше.
Зачем?
Потребление водорода в мировом масштабе растет – и будет расти высокими темпами в ближайшие годы. Но водород в свободном состоянии в природе практически не существует. Его нужно генерировать, вырабатывать.
Есть несколько основных способов получения водорода. Например риформинг метана. Можно использовать крекинг метана – разложение на водород и углерод. Один из самых затратных способов – электролиз воды, который требует огромного расхода электроэнергии.
Заднюю часть кузова под размещение баллонов пришлось немного изменить. Однако объем багажника из-за этой доработки не изменился.Так вот, метана у нас – завались. Генерация электроэнергии – с огромным запасом. Причем это преимущественно чистая генерация – на ГЭС или АЭС. Поэтому у России есть все возможности для того, чтобы стать одним из крупнейших в мире производителей и экспортеров водорода. А транспортировать его можно по таким трубопроводам, как Северный поток. Правда, сначала его нужно смешивать с другим газом, а затем вновь отделять.
И если мы будем производить много водорода и замещать им экспорт других, традиционных углеводородов, то было бы странно не использовать активно водород самим – в том числе, на всех видах транспорта, включая автомобильный. Это сложно и дорого, но у нас есть все шансы реализовать эту перспективу.
ОНА БЫЛА ПЕРВОЙ
Аурус Сенат – не первый российский автомобиль на топливных элементах. На рубеже веков АВТОВАЗ разработал аналогичную машину на базе пятидверной классической Нивы. Прототип назвали Антэл‑1 и показали на Московском автосалоне 2001 года. Баллоны с водородом и электрохимический генератор разместили в багажнике. Под капотом прописался электромотор для передних колес, на задние у Антэла тяга не передавалась. Параметры вышли скромными: 17 кВт мощности, 200 км запаса хода и 80 км/ч максималки. Что самое интересное: топливные элементы позаимствовали у космического челнока Буран‑2.
Затем был Антэл‑2, уже на базе универсала ВАЗ‑2111. В нем генератор перенесли под капот и избавились от бака с кислородом, заменив его на поступающий снаружи обычный воздух, добавили никель-металлгидридную батарею (у Нивы аккумулятора не было). Как и положено второй итерации, параметры были лучше: 25 кВт, 350 км и 100 км/ч. Но дальнейшего развития водородная тема в Тольятти не получила.
КОММЕНТАРИЙ СПЕЦИАЛИСТА
Денис Ендачев, исполнительный директор по информационным и интеллектуальным системам ФГУП «НАМИ»Водородный вариант выбрали сознательно. Аурус в любой ипостаси – машина тяжелая. Специфика работы предполагает интенсивные разгоны и высокие скорости, при которых запас энергии интенсивно истощается. Решили, что батарее нужна подпитка на ходу. Путь наименьшего сопротивления – добавить небольшой двигатель внутреннего сгорания, который будет заряжать аккумулятор на ходу. Выходит неэкологично, да и мотора подходящего нет.
Остановились на водородной технологии. Ей немало лет, но популярной в мире она пока не стала. Современные компоненты позволяют сделать такую силовую установку мощной и компактной. Кроме того, это задел на будущее, тренд завтрашнего дня.
Тормозит процесс отсутствие серийных решений и заправок. Мы, например, в НАМИ под водородный Аурус построили свою заправку.
ВОДОРОД ДЛЯ НАРОДА
Москва грезит запустить на маршруты водородные автобусы – если удастся, то у каждого будет шанс приобщиться к технологиям завтрашнего дня по цене одной поездки на общественном транспорте.
Осенью прошлого года прототипы таких машин на выставке Комтранс показали ГАЗ и КАМАЗ. Внешне они неотличимы от чисто электрических аналогов. Емкость аккумуляторов у них примерно в 1,5–2 раза меньше, чем у электробусов, а запас хода – в несколько раз больше, 250–350 км по предварительным данным. Весь секрет в 24–30 кг водорода в баллонах на крыше.
Для таких машин создать инфраструктуру дороже и сложнее, нежели для электробусов. Потребуется пересмотр всех норм безопасности: водород взрывоопасен. Первый прототип хотели начать тестировать в столице в 2023 году. Но это было в том, прежнем, времени. Возможно ли построить водородный автобус в режиме «импортозамещения», неясно. И снова вопрос цены: по осторожным оценкам, одна такая машина штучного производства может стоить как десять обычных автобусов или три электробуса.
106382