Водородный транспорт в России. Миф или ближайшее будущее?

09.02.2022

Не успели на московских дорогах освоиться электробусы, как столичные власти заговорили о водоробусах. Между тем федеральное правительство этой весной начало обсуждать стратегию развития электрического и водородного транспорта с многообещающим бюджетом в 777 млрд рублей. Действительно ли Россия готова к водородному транспорту (а водородный транспорт — к России) и какие технические и экономические препятствия придется преодолеть на пути к безуглеродному будущему транспорта? Показываем на примере городского транспорта.

В сентябре Правительство Москвы, «КАМАЗ» и «Роснано» договорились разработать и испытать первый российский водородный автобус. Власти столицы собираются опробовать опытную модель уже в течение года. Ранее, в 2019 году, по Петербургу прокатился первый трамвай на водороде. И это при том, что электробусы (автобусы на батареях) полностью заменили троллейбусы в Москве всего год назад. Не рановато ли российские власти организуют водородную революцию на транспорте?

К примеру, в амбициозной «зеленой» Европе к 2020 году в строй ввели всего 150 водоробусов (всего в мире их около 400), а к 2025 планируют вывести на дороги еще 1 200 машин на водородных топливных элементах. Это не поражающие воображение цифры даже в сравнении с московским нашествием электробусов, которых сейчас насчитывается 800, а к 2024 году станет 2 200. В общем водородный транспорт только начинает развиваться даже там, где уже через десять лет экономику планируют перевести на безуглеродные рельсы.

Тем не менее не стоит говорить о фальстарте — водородный транспорт очень скоро может стать более привлекательным не только по сравнению с традиционным дизельным, но и электрическим на батареях. Но вот с какими задачами нам придется столкнуться на путях водородной революции.

Цена. Пока что водородный транспорт дорогой. Так, в США закупочная цена водоробуса составляет 1,1 млн евро (что, впрочем, на 49% меньше, чем в 2010 году), но в течение следующих 5 лет она должна сократиться до 735 тыс. евро, а европейские производители обещают опустить стоимость до 650 тыс. евро. А это уже сопоставимо с закупочными ценами на московские электробусы. В перспективе аналитики ElementEnergy ожидают, что водоробусы сравняются с электробусами как по цене закупки, так и по эксплуатации. Примерно такие же прогнозы встречаются относительно других видов водородного транспорта.

Топливо. Более интригующий (идеологически, экономически и технически) вопрос: чем заправлять водородный транспорт в России? Дело в том, что водоробусам нужен «зеленый» водород с чисто идеологической точки зрения. А идея в том, чтобы сделать транспорт полностью безуглеродным, то есть нужно предотвратить выбросы не только от самих автобусов, но и с производства топлива для них.

В России «зеленый» водород в промышленных масштабах не производят. Напомню, что это водород, добываемый методом электролиза (вспоминаем школьный эксперимент: катод и анод — в воду, включаем электричество, на поверхность воды поднимаются пузыри водорода). Питают электролиз «зеленого» водорода возобновляемые источники энергии (ВИЭ) — солнце и/или ветер. Но в РФ производят «серый» (путем конверсии природного газа) и «желтый» (на АЭС) водород. Конечно, можно заправлять водородный транспорт и этими «оттенками» H2, но это несколько обессмысливает саму идею перехода на экологически чистые перевозки.

Так вот в России пока нет производственной базы «зеленого» водорода (мало проектов ВИЭ), а его нужно много. В день тот же водоробус «съедает» примерно от 10 кг до 30 кг водорода. В год одной такой машине нужно почти 11 тонн водорода. Сейчас российский парк насчитывает 409 тыс. автобусов. Это значит, что всероссийскому парку водоробусов может понадобиться 4,5 млн тонн водорода в год, что сопоставимо с планируемыми на 2035 год объемами экспорта «зеленого» водорода из России (от 1 млн до 7 млн тонн). И мы говорим только о городском транспорте, а появятся еще и коммерческие грузовые перевозки.

«Зеленый» водород можно добывать из энергии Солнца. К примеру, в Японии, в Фукусиме, Toshiba построила опытный завод, где солнечные панели питают электролизер мощностью 10 МВт, способный давать в год порядка 900 тонн водорода. Конечно, этого не хватит на всю Россию, но обновить парк сравнительно небольшого города 80 водоробусами вполне можно. Что касается цены, то «серый» и «желтый» водород в России пока дешевле «зеленого». Килограмм водорода из природного газа стоит 1,7 долл., с АЭС — 3-5 долл., а из ВИЭ — 3-7,5 долл. Но в перспективе цена «зеленого» водорода будет снижаться за счет ввода электролизеров гигаваттной мощности и в целом из-за прогресса в ВИЭ.

Научно-технический прогресс и экономика возобновляемых источников энергии постепенно расчистят путь для водоробусов. Но у них остаются конкуренты в лице автобусов на батареях, заряжаемых «от розетки». Казалось бы, зачем нужно усложнять цепочку «Солнце/ветер—энергия—автобус», добавляя в нее водород, если киловатт-час от ВИЭ становится дешевле?

Во-первых, солнечный и ветряной киловатт-часы нестабильны и их количество зависит от погоды и сезона. Поэтому добытую энергию солнца и ветра лучше сразу конвертировать в водород, который уже никуда не денется.

Во-вторых, автобус на водороде эффективнее благодаря быстрой заправке и большему запасу хода. Возьмем для сравнения электробус и водоробус одного производителя Hyundai. Электробус полностью заряжается за 72 минуты и этого хватает на 210 км езды по Сеулу. Водоробус заправляется за 15 минут и этого хватает на 434 километров курсирования по южнокорейской столице.

Впрочем, водородную революцию на общественном транспорте ускорить можно субсидиями. А что с коммерческими перевозками? По прогнозу Международного совета по водородной энергетике, когда средняя стоимость одного килограмма водорода опустится до 4-5 долл., конкурентоспособными относительно дизельного и электротранспорта станут перевозки водородными фурами и междугородними автобусами. Произойти это может уже в перспективе ближайших пяти лет. Анализ грузовых автомобилей на топливных элементах показывает, что в ближайшие десятилетия перевозки на 13-тонных грузовиках с дальностью 500 км, а также на 22,5-тонных грузовиках дальностью до 600 км будут выгоднее, чем на аналогичных авто на батареях, то есть работающих от подзарядки. Легкие коммерческие электромобили (7,5 тонн) на дистанциях до 300 км будут обходиться в эксплуатации примерно так же, как аналоги на топливных элементах.

«Электрогрузовики на батареях менее привлекательны для тяжелых, дальнобойных сегментов, – говорит Владимир Максимов, руководитель департамента развития новых направлений бизнеса «Тошиба Рус» – Это связано с множеством факторов. Прежде всего для того, чтобы питать такие тяжелые машины, к тому же с грузом, нужны батареи с соответствующей мощностью. Цена же батареи возрастает практически пропорционально её размеру и мощности. Помимо этого, в отличие от водородных грузовиков, которые заряжаются примерно так же быстро, как фуры на обычном горючем, электрогрузовик долго простаивает на зарядке. Проекты машин такого рода уже есть. Недавно об успешных испытаниях водородного грузовика объявил Daimler. Предполагается, что их грузовик Mercedes-Benz GenH2 сможет ехать без заправки до 1 тыс. км».

Также в скором времени экономически оправданными могут стать электрички на топливных элементах при условии, что они курсируют на маршрутах с высокой частотой рейсов и до 50 км. Такой транспорт может появиться уже к 2030 году при цене водорода в 4,5 долл. за килограмм.

Кстати, уже активно применяются в Китае грузоподъемники на водороде, и это при том, что в КНР водород стоит относительно дорого — 7-9 долл. за килограмм. Более отдаленная перспектива — городские фургоны, которые совершают короткие поездки (скажем, доставка), а также такси и личные авто. Они станут конкурентоспособными только при цене 1-2 долл. за килограмм, и произойти это может по прогнозу экспертов только в середине 2030-х. До этого времени они скорее всего будут проигрывать электромобилям.

Таким образом, у водородного транспорта, конечно, есть будущее, и оно может настать очень скоро даже в России. Для этого, конечно, нужно активнее внедрять возобновляемые источники энергии, развивать солнечную и ветряную генерацию, а также создавать инфраструктуру для хранения и распределения водорода.

Источник: Сетевое издание «Нескучные технологии»