Stella Vie, разработанная в Техническом университете Эйндховена, выиграла в гонках в 2017 году. Ее средняя скорость составила 69 км/ч. Но мало где на земле так же солнечно, как в Австралии. В целом гораздо эффективнее заряжать аккумуляторы с помощью статичных солнечных батарей, которые будут расположены под правильным углом. Небольшие солнечные панели появляются на крышах и капотах машин, но они лишь дополняют более мощные способы зарядки. Если на весь день оставить автомобиль с такими панелями стоять на солнце, то полученной энергии хватит всего на 2–3 километра.
По мнению премьер-министра, это вытеснит популярные в стране внедорожники, которые потребляют много топлива, и послужит предзнаменованием «конца всего».
На мой взгляд, для реализации такой технологии потребуется провести большой объем дорожных работ. Но даже если мы дойдем до этапа, когда заряжать электромобиль можно на парковочном месте, справится ли с этим энергетическая инфраструктура? В 2018 году по дорогам Великобритании ездило почти 32 миллиона машин. Представьте, что все они одновременно стоят на зарядке. Получится, как в перерыв на чай[5] во время чемпионата мира по футболу, но в 1000 раз хуже. Мощностей хватит на одновременную зарядку примерно 1,5 миллиона автомобилей в пиковые часы (например, в 18:30 зимой, когда все возвращаются с работы, включают отопление и готовят ужин). Но если рассматривать мощность сетей в течение суток, то система, вероятно, сможет выдержать.
Ключ к успеху – управление энергией с помощью «умных» систем зарядки. Приложения позволят запускать процесс ночью по плану в то время, когда спрос на электричество меньше и само оно стоит дешевле. В системах общего пользования и на парковках рядом с бизнес-центрами пункты заряда смогут сообщаться, чтобы перераспределять нагрузку. За дополнительную плату станут доступны отказы от запланированной зарядки через приложение, если автовладельцу пришлось срочно уйти.
Эрик Фейрберн считает, что к середине 2020-х годов основные продажи машин будут приходиться на электромобили, а к концу десятилетия они составят 90 % от всех новых купленных автомобилей в Европе. Однако большинство представителей автомобильной отрасли в Европе более сдержанны в оценках. По их подсчетам, к 2030-му лишь треть рынка выпадет на долю машин на аккумуляторах. Вольфганг Зибарт предполагает, что количество электромобилей в Европе к 2025 году будет составлять 10 % от общего объема. В 2017 году этот показатель равнялся 1,4 %. Он считает, что в США доля будет чуть меньше, а в странах вроде Китая, нацеленных на развитие технологий, наоборот, больше.
Я склоняюсь к более консервативным прогнозам. Даже после разговора с приверженцем автомобилей на аккумуляторах я не могу отделаться от мысли, что многие водители все равно будут переживать из-за ограничений дальности поездки и тратить много времени на станциях зарядки. К счастью, зарождаются новые технологии, которые смогут лучше удовлетворить их потребности.
Водород
Водород уже давно провозгласили идеальным топливом для автомобилей будущего, потому что единственный побочный продукт процесса – вода, а не какой-нибудь вредный углекислый газ. Водород можно сжигать прямо в двигателе внутреннего сгорания, но это не самый эффективный способ его использования. Гораздо удачнее применять его в топливных элементах. Водород помещается в топливный элемент и вступает в реакцию с кислородом, в ходе которой выделяются электричество и вода. Все это происходит при участии катализатора, чаще всего платины. Электричество накапливается в аккумуляторах (иногда в суперконденсаторах) и затем используется для работы электродвигателя в автомобиле. Таким образом воздух не загрязняется, а если получать водород с помощью возобновляемых источников энергии, то и не усугубляется проблема глобального потепления. В отличие от обычных автомобилей на аккумуляторах, с таким топливом не существует ограничения дальности поездки. Машину на водородном топливе можно заправить почти так же быстро, как и машину на бензине. Кажется, будто это идеальный источник энергии.
Поэтому одновременно и удивляет, и огорчает тот факт, что любители электромобилей на аккумуляторах зачастую терпеть не могут водород. Эта тема вызывает такие же яростные споры среди людей, у которых в целом одинаковые цели, как и вопрос, что лучше: ядерная энергетика или возобновляемые источники энергии. Мне это напоминает известную сцену из фильма «Житие Брайана по Монти Пайтону». Незадачливый Брайан по ошибке принимает сторонников Народного фронта Иудеи, выступающих против римлян, за сторонников Иудейского народного фронта. Рег, глава Народного фронта, недоволен: «Больше, чем римлян, мы ненавидим только идиотов из Иудейского народного фронта».
Даже Илон Маск скептически относится к водороду. Обычно он говорит что-то в таком духе: «Я считаю, что водородные топливные элементы – глупая затея… Производить водород и хранить его в автомобиле крайне сложно. Водород – механизм сохранения энергии, а не ее источник. Водород нужно откуда-то получать. Если пытаться получить его из воды, то замечу, что электролиз как энергетический процесс очень неэффективен».
Маск на этом не останавливается: «Водород имеет низкую плотность, это разрушительная молекула. Она распространяется повсюду. Из-за водорода металл становится более ломким. Случаются утечки водорода, которые невозможно заметить, ведь этот газ без цвета и запаха. Он очень легко воспламеняется, но пламя тоже бесцветное. Если выбирать механизм накопления энергии, то отдавать предпочтение водороду – идиотское решение». В интернете часто встречается диаграмма, которая объясняет позицию Маска. Если принять во внимание, что водород производится путем электролиза, то электромобили действительно оказываются гораздо более эффективными. В электромобилях сохраняется 69 % первоначальной энергии, а в машинах на водородном топливе – всего 19 %.
Водород против аккумуляторов. На что тратится энергия.
В дополнение к вопросам эффективности, безопасности и транспорта существует проблема нехватки инфраструктуры водородной энергетики. К примеру, в Великобритании работают лишь девять водородных заправочных станций, и все они расположены недалеко от Лондона. Кроме того, сами по себе топливные элементы очень дорогие, а большая часть водорода в мире производится не из возобновляемых источников энергии или путем электролиза, а из природного газа. Этот процесс называется конверсией.
В ходе конверсии газ подвергается воздействию горячего пара, из-за чего распадается на монооксид углерода и водород. Затем монооксид углерода вступает в реакцию с водой, благодаря чему отделяются дополнительный водород и углекислый газ. Очевидно, что этот процесс негативно сказывается на попытках сократить выбросы CO2.
С другой стороны, если судить по весу, водороду нет равных по удельной энергоемкости, а еще он везде – в воде. Часть крупнейших игроков автомобильной отрасли считает, что все трудности, связанные с водородом, можно преодолеть, и как только это произойдет, у водорода появятся все предпосылки стать топливом, которое удовлетворит потребности человечества в устойчиво развивающемся транспорте. В компаниях Toyota, Hyundai и Honda поддерживают эту технологию, а в Daimler решили вернуться к ней после перерыва.
Среди производителей автомобилей давним сторонником водорода считается Toyota. В ней эксперименты по разработке автомобилей на водородном топливе начались еще в 1992 году, и с тех пор специалисты работают над устранением недостатков. C гибридами в компании проявили дальновидность. Существует мнение, что от разработки технологии для автомобилей до ее выхода на массовый потребительский рынок проходит 40 лет. Ситуация напоминает соревнование черепахи и зайца из одноименной басни Эзопа. Маск стремительно вышел на рынок с моделями на аккумуляторах. Toyota же действует медленнее, выбрав планомерный подход. На первый взгляд может показаться, что компания плетется позади, но в будущем она способна занять доминирующую позицию и добиться лучших результатов.
Я поговорил с Джоном Хантом, главой направления по разработке альтернативного топлива в британском подразделении Toyota. Он отметил, что компания уже долгое время ищет аккумуляторы с высокой удельной энергоемкостью. Это началось еще до производства машин, в те дни, когда Toyota выпускала ткацкие станки.
«В 1920-е годы Сакити Тоёда, дедушка компании, полагал, что электрификация – лучшее усовершенствование станка. Он объявил, что заплатит вознаграждение в 1 миллион йен тому, кто изобретет батарею с такой энергоемкостью, что она сможет стать заменой бензину. Никто не справился с этой задачей. Химические реакции в аккумуляторе протекают таким образом, что невозможно получить то же количество энергии, что и из литра бензина или дизеля».
Хотя Toyota производит электромобили, в компании все же сосредоточили усилия на гибридной технологии. Исследование водородных топливных элементов отделилось именно от этого направления. Топливо напрямую питает электродвигатель, а аккумуляторы или суперконденсаторы сохраняют энергию при снижение скорости и выделяют ее при ускорении. Фактически специалисты Toyota объединили гибридную трансмиссию с топливным элементом. Первым серийным автомобилем стала модель Mirai, выпущенная в 2015 году в ограниченном количестве. В переводе с японского название означает «будущее».
Существуют разные типы водородных топливных элементов, применяемых в производстве машин. Toyota использует элементы с протонообменными мембранами, потому что они легче остальных, но им требуются ценные металлы, чтобы те выступили в качестве катализатора (в данном случае снова платина). Конструкцию усовершенствовали таким образом, что ее практически не надо обслуживать. Исключение – периодическая замена фильтра и долив воды. В компании постепенно уменьшают количество необходимой платины. Сейчас оно лишь немного превышает тот объем, который используется в выхлопной системе обычных машин. К тому же платину можно перерабатывать.