Мировой переход на электромобили: могут ли стать весомой альтернативой автомобили на водороде?

Лидерство Японии в области водородных автомобилей

В условиях, когда страны и регионы мира демонстрируют стремление свести к фактическому нулю объемы эмиссий парниковых газов или, иначе говоря, берут курс на так называемую «углеродную нейтральность», ожидается, что активное использование получат «машины на водороде». Переход к электромобилям за рубежом ускоряется, однако водородные автомобили, которые точно так же, как электромобили, не выделяют при движении двуокиси углерода, являются областью, в которой Япония может продемонстрировать лидерство своего технологического потенциала.

Компания Toyota повысила функциональные качества своей модели на топливных элементах «Мирай» и стала предлагать технологию сторонним компаниям. Вместе с тем она изучает потенциал автомобилей на водородном двигателе с использованием уже существующих двигателей – с применением водорода, произведенного как в стране, так и за рубежом. При всем обилии требующих решения задач – снижения стоимости производства водорода, создания инфраструктуры для его транспортировки и сетей заправок и т. п., во многом успех или неуспех будет зависеть от того, удастся ли расширить использование водорода за счет создания «круга единомышленников», выходящего за отраслевые рамки.

На летних Олимпийских и Паралимпийских играх 2020 года в Токио, отложенных на год из-за пандемии коронавируса, само проведение которых было под вопросом, компания Toyota, выступающая в роли спонсора самого высокого уровня – «Мирового партнера» – была вынуждена отложить трансляцию своей рекламы.

С учетом того, какой резонанс вызвал во всем мире неординарный поступок Кавамуры Такаси, мэра города Нагоя, который попробовал на зуб золотую медаль участницы женской олимпийской команды по софтболу, связанной с компанией Toyota, совершенно очевидно, что в числе прочего не могло не стать предметом широкого обсуждения и происшествие в паралимпийской деревне, в ходе которого беспилотный автобус e-Palette, созданный Toyota, задел спортсмена-дзюдоиста с нарушением зрения – событие, из-за которого пришлось временно прекратить движение таких машин.

Тем не менее, конечным итогом Игр стало то, что Япония завоевала самое большое в своей истории количество олимпийских медалей (58), а также второе в истории после Игр 2004 года в Афинах число паралимпийских медалей (51).

Помимо результатов состязаний, еще один большой рекорд установила компания Toyota. Этим рекордом стало сокращение эмиссий углекислого газа, к которому так стремится весь мир. «Быть может, объем эмиссий нынешних Игр станет самым низким в сравнении с играми прошлого», – с гордостью сообщал непосредственно перед открытием Ито Масааки, начальник Олимпийского и Паралимпийского отдела Toyota.

Компания поставила 3.340 автомобилей для использования в спортивной деревне, где проживали участники, а также в местах проведения состязаний. Помимо 90% электромобилей, в числе этих транспортных средств дебютировали 475 автомобилей марки «Мирай».

Со вторым поколением «Мирай» снят вопрос низкого потенциалом производства

Автомобили на топливных элементах вырабатывают электроэнергию за счет химической реакции с участием водорода, которым заправляются топливные элементы, а в движение их приводят электродвигатели. В Японии правительство премьер-министра Суга Ёсихидэ заявило о намерении в 2035 году прийти к стопроцентной доле электромобилей в продажах новых автотранспортных средств, а в 2050 году реализовать цель по достижению углеродно-нейтрального общества. В этих планах водороду отводится положение «ключевой технологии», и ставится цель довести его использование в 2030 году до 3 млн тонн, а в 2050 году до 20 млн тонн, а количество водородных станций увеличить к 2030 году с нынешних примерно 150-ти до тысячи.

Несмотря на то, что поступившая в продажу в 2014 году модель «Мирай» первого поколения заслужила прозвище «сверхэкологичный автомобиль» и привлекла большое внимание, по всему миру было реализовано всего около 11 тыс. таких машин. Утверждают, что препятствием для распространения стали высокая цена в 7 млн 410 тыс. йен, а также нехватка водородных заправочных станций, стоимость строительства которых значительно выше в сравнении с бензоколонками, однако коренной причиной был низкий производственный потенциал, позволявший выпускать всего лишь 3 тыс. таких автомобилей в год.

В декабре 2020 года Toyota выпустила в продажу модель «Мирай» второго поколения, в которую были внесены конструктивные изменения. В числе прочего, уменьшилось количество базовых комплектующих – топливных элементов, составляющих «сердце» этого автомобиля, на треть сократились издержки, а производственный потенциал был увеличен десятикратно – до 30 тыс. единиц в год.

Пробег с одной заправки водорода был увеличен более чем в 1,3 раза – до 850 километров. Что касается дизайна, был понижен центр тяжести, длина увеличилась на 85 мм, а ширина на 70 мм. При этом вместимость увеличили с 4 до 5 человек.

Цены несколько снизилась по сравнению с машинами первого поколения – теперь они начинаются с 7 млн 100 тыс. йен. Конечно, это не делает автомобиль массовым и доступным, но то, как он бесшумно и плавно набирает ход, напоминает самые продвинутые и дорогостоящие седаны.

«Как легковой автомобиль он выполнен на очень хорошем уровне», – уверенно комментирует главный инженер-разработчик Ёсикадзу Танака. Главный технолог Toyota Маэда Масахито тоже отмечает: «На эту машину возложена миссия служить отправной точкой полномасштабного распространения водорода».

В апреле 2021 года в продажу поступила модель, оснащенная функцией высокого уровня помощи водителю, способная поддерживать дистанцию, менять полосу движения и выполнять ряд других задач на скоростных автомагистралях, а также снабженная функцией автоматического обновления программного обеспечения.

Работа с партнерами в технологии нового поколения

Компания Toyota также приступила к продаже сторонним компаниям системы, используемой в модели «Мирай». При этом она облегчила задачу по внедрению и снизила издержки по установке, объединив генерирующий и другие основные компоненты в едином пакетном решении. Цель состоит в том, чтобы расширить круг пользователей-единомышленников за счет использования системы в грузовиках, автобусах и других коммерческих автотранспортных средствах, а также на железнодорожном и морском транспорте.

В марте 2021 года компания объявила о финансовом партнерстве для сотрудничества в сфере нового поколения, именуемой CASE, сочетающей автоматизированное вождение, переход на электричество и ряд других направлений, с автомобилестроительной компанией Isuzu. В апреле три компании – Isuzu, Toyota, а также их дочернее предприятие Hino учредили новую фирму. С учетом бизнеса еще одного дочернего предприятия Toyota – компании Daihatsu, имеется вероятность, что использование топливных элементов будет развернуто по всему спектру коммерческого автотранспорта – от крупногабаритных машин до компакт-каров.

С одной стороны, провозглашая цель довести в 2030 году продажи своих новых автомобилей по всему миру до 8 млн единиц, 2 млн из которых составят электромобили и автомобили на топливных элементах, компания Toyota наряду с этими усилиями ввела в автоспорт автомобиль с водородным двигателем – «водородную Короллу».

В проходивших 22 и 23 мая на трассе «Фудзи спидвей» (город Ояма, преф. Сидзуока) 24-часовых гонках на выживание эта машина использовала водород, произведенный в городе Намиэ префектуры Фукусима на специализированном объекте «Фукусимская площадка исследований водородной энергетики». Президент Toyota Тоёда Акио принял личное участие в мероприятии, полностью проехав трассу.

Машины с водородным двигателем движутся, сжигая водород вместо бензина. Большим преимуществом здесь выступает возможность переоборудования большинства уже существующих двигателей. Поскольку двигатель сильно нагревается, предстоит решить ряд задач, связанных с мощностью и снижением нагрева, и массовое производство таких автомобилей затруднительно, но тем не менее, он не только позволяет чувствовать биение и звук «автомобильного сердца» – двигателя внутреннего сгорания – но еще и может стать «спасителем» в деле сохранения трудовой занятости на предприятиях, связанных с производством двигателей и комплектующих, которые неизбежно окажутся не у дел при переходе на электромобили.

Для двигателя «водородной Короллы» за основу взят бензиновый двигатель для модели GR Yaris, причем в нем задействованы отнюдь не только собственные технологии Toyota. Впускные клапаны этого автомобиля – продукт совместной разработки с компанией Denso. Мобильная временная водородная заправочная станция предоставлена компанией, созданной при совместном участии в капитале фирм Toyota Tsusho, Iwatani Corporation и Taiyo Nippon Sanso.

В ходе гонок на трассе «Автополис» (город Хита, преф. Оита) 31 июля и 1 августа использовался водород, предоставленный демонстрационно-промышленным предприятием, которое является частью плана по снабжению промышленных предприятий и других потребителей водородом, выработанным первым в Японии производством, получающим водород с использованием энергии геотермальной электростанции.

Турбины этой электростанции вращает водяной пар температурой 150 градусов Цельсия, которой образуется под землей на глубине около 700 метров, а вырабатываемая электроэнергия используется для получения водорода путем электролиза воды. Использование энергии возобновляемых источников сопряжено с нестабильностью энергообеспечения, однако Obayashi Corporation ставит целью снабдить водородными станциями весь регион Кюсю и реализовать принцип «местное производство – местное потребление».

Первый в мире практический эксперимент с использованием танкера для сжиженного водорода

Сжиженный водород, используемый «Короллой» с водородным двигателем, не является предметом исключительно японского производства. На гонках 18 и 19 сентября на трассе Судзука (г. Судзука, преф. Миэ) решено использовать недорогой водород, полученный из добываемого в Австралии дешевого бурого угля.

Этот водород получен в рамках практического эксперимента с участием компаний Kawasaki Heavy Industries, J-POWER, Iwatani Corporation и др. На сентябрьских гонках решено использовать водород, доставленный самолетом в баллонах, однако уже во второй половине 2021 финансового года (которая начинается с октября) планируется начать практический эксперимент с использованием первого в мире танкера для перевозки сжиженного водорода «Суйсо фронтиа», разработанного компанией Kawasaki Heavy Industries.

Длина судна-перевозчика составляет 116 метров, водоизмещение – около 8 тыс. тонн. Использование позволит осуществлять перевозку больших объемов водорода, сжижаемого охлаждением до минус 253 градусов Цельсия со сжатием до одной восьмисотой объема, занимаемого водородом в газообразном состоянии. К коммерческой эксплуатации планируется приступить в 2030 году. Ожидается, что этот шаг послужит большим вкладом на пути к созданию водородной транспортной инфраструктуры.

Доставляемый судном газ относится к так называемому «серому» водороду, на этапе производства которого возникает углекислый газ. В целом по цветовой градации, помимо «серого», существуют так называемый «зеленый» водород, добываемый электролизом воды с применением электроэнергии, получаемой из возобновляемых источников – при таком способе производства углекислый газ не образуется, а также «голубой» водород, на этапе производства которого ведется сбор всего образовавшегося углекислого газа.

В очередности убывания экологичности они выстраиваются в порядке «зеленый» – «голубой» – «серый», но эффективность для достижения углеродной нейтральности сопряжена с высокими производственными издержками. Мировые предприятия, связанные с использованием водорода, намереваются на первом этапе формировать рынок, добиваясь расширения спроса с использованием как «серого», так и «голубого» водорода.

Европейский Союз демонстрирует курс, предусматривающий запрет в 2035 году продаж новых автомобилей на бензиновом и прочем ископаемом топливе, включая гибридные автомобили, и такие зарубежные производители как немецкая компания Mercedes-Benz или шведская Volvo один за другим выражают намерение сосредоточиться на выпуске электромобилей.

Компания Toyota и другие японские автопроизводители, занимающие сильные позиции в области гибридных автомобилей, сталкиваются с необходимостью скорректировать свою стратегию, при этом руководство ведущих предприятий, спокойно признавая: «В отсутствие иной альтернативы, кроме перехода на электромобили, автопроизводители будут вынуждены перейти на электромобили», вместе с тем уверены в преимущественном положении японских компаний, располагающих технологиями широкого спектра, в том числе водородного.

В условиях, когда в бизнес по выпуску электромобилей вступают все больше предприятий прочих направлений деятельности, таких, как компании сферы информационных технологий, водород обращает на себя внимание как своего рода «козырная карта» – сильная позиция, дающая японским производителям автомобилей шанс выжить в жесткой конкуренции и продемонстрировать весомость своего технологического потенциала.

Фотография к заголовку: седан на топливных элементах «Мирай», который компания Toyota после всесторонних усовершенствований выпустила в продажу в декабре 2020 года (© «Кёдо цусин»)