Путь воды: российская фирма устанавливает на машины водородные двигатели за 70 000 руб. В чём подвох?

В России появились любопытные автомобили с наклейками «Машина на водороде» и контактной информацией фирмы-установщика, что возбудило наш интерес. Ведь еще недавно водород считался самым перспективным видом топлива, и по миру продается несколько серийных водородомобилей, например Toyota Mirai и Hyundai Nexo. Может, на волне импортозамещения и наши умельцы освоили выпуск водородной техники? Мы связались с фирмой, изучили ее сайт и выяснили много интересного.

Компания по установке водородных систем работает по франшизе, и ее представительства есть по всей России: тут и Волгоград, Новосибирск, Москва, Тюмень, Нижний Новгород и еще десяток городов. На симпатичном сайте расписываются прелести водородомобилей: тут и экономия топлива, и увеличенный ресурс мотора.

Компания предлагает не чистые водородные установки, как у той же Toyota Mirai, а некий цилиндрический девайс, который путем электролиза вырабатывает водород из воды прямо на борту автомобиля и подает его во впускной коллектор. Ставить его можно и на дизельные грузовики, и на бензиновые легковушки.

Список обещаний щедр: экономия топлива до 50%, повышение мощности до 30%, увеличения срока службы масла и всё в таком духе. Еще ниже есть псевдонаучные рассуждения, что основной причиной низкого коэффициента полезного действия (КПД) у моторов является неполное сгорание топлива, цитируем: «Даже при самом благоприятном прогнозе всего лишь 40% топлива подвергается сгоранию, оставшаяся часть летит в трубу». А вот присутствие водорода в корне меняет дело, потому что он, попадая в цилиндры, «заполняет пространство между молекулами топлива и является переносчиком огня». Ускоренное и более полное сгорание якобы резко увеличивает КПД, ну а попутно влечет массу других оздоровительных эффектов (и даже для оздоровления кожи водород используется, сказал нам представитель фирмы). В общем, через пять минут становится ясно, будущее — за водородом.

В региональном представительстве фирмы ответили, что занимаются темой недавно и система пока ориентирована на коммерческий транспорт, а цена составляет 90 тысяч. Версия для легковых автомобилей появится ближе к лету примерно за 70 тысяч рублей. В центральном офисе компании рассказали, что систему придумал некий инженер (фамилию назвать отказались), который уже не в России, а по поводу эффективности системы сослались на отзывы в соцсетях и заключение некого казахского института. При этом, с их слов, система обеспечивает неодинаковую экономию для разных моторов, но всё равно она достаточно ощутима, например, для испытанного ими мотора Chevrolet снижение расхода составило аж 47%. Эффект объяснили высоким октановым числом и низкой теплопроводностью водорода.

Водород действительно можно получить из воды электролизом. При этом дистиллированная вода электричество не проводит, так что обычно используются кислотные или щелочные растворы.

Но выработка водорода энергозатратна. Так, низшая теплота сгорания водорода составляет порядка 33 кВт·ч/кг, а расходы энергии на его получение электролизом — более 55 кВт·ч/кг, то есть в полтора раза выше. И тут еще нужно учесть КПД двигателя, вырабатывающего энергию для электролиза. Поэтому, например, чтобы заместить 1% бензина водородом, нужно дополнительно сжечь 15–20% бензина (ниже есть подробный расчет). Закон сохранения энергии не обмануть.

Впрочем, продавцы устройства обещают выгоду благодаря некой интенсификации сгорания, и водород действительно горит раз в десять быстрее бензина. Но зависимость КПД от интенсивности сгорания сравнительно пологая, а вот нагрузки на детали цилиндро-поршневой группы растут драматично, равно как и температурный режим двигателя. Соображения надежности во многом и ограничивают инженеров в стремлении увеличить КПД двигателя за счет повышенных температур и давлений в цилиндре. И не забываем, что речь о небольшой примеси водорода, и его гомеопатические дозы обеспечат, скорее, эффект плацебо.

Сентенции агитаторов о том, что львиная доля топлива «уходит в трубу» и вовсе абсурдны. Если не брать условные карбюраторные «Волги», современные моторы выбрасывают небольшое количество несгоревших углеводородов, которые дожигаются в нейтрализаторе выхлопных газов. Водород, как и бензин, при сгорании оттягивает на себя кислород, то есть сам он «дожигать» несгоревшие углеводороды не способен.

У водорода действительно очень высокое октановое число (более 130 единиц), что в теории позволяет поднять степень сжатия. Но это сложная процедура, требующая, по сути, перепроектирования мотора, а главное, такой подход сработает, если доля водорода в общем балансе значительна, а не доли процента, как в нашем случае.

Не будем говорить веско, но всё же тщательно изучите вопрос, прежде чем клевать на посулы «водородной революции». К тому же за 70 тысяч рублей можно установить на машину ГБО на пропан-бутане или даже метане, которые обеспечивают вполне доказанное сокращение расходов на топливо.

Не совсем. Одно время они считались машинами будущего, но с ними возникло много проблем. Например, при сжигании водорода действительно образуются только водяные пары, но поскольку температура горения очень высока, а в атмосферном воздухе полно азота, получается и много его токсичных окислов.

Поэтому внимание инженеров переключилось с водородных ДВС на топливные элементы (электрохимические генераторы): устройства, позволяющие окислять водород с получением электрической энергии. Чистота и КПД процесса гораздо выше, чем у ДВС, и концепция стала основной: та же Toyota Mirai и есть, по сути, водородный электромобиль.

Водород сложно хранить. Его теплотворная способность в три раза выше, чем у бензинов, однако газ является очень легким и требует колоссального сжатия. Если кубометр воздуха при нормальном давлении весит более килограмма, то водород — 90 грамм. Поэтому в трех баллонах Toyota Mirai хранится лишь 6 килограммов водорода под давлением 700 атмосфер. Для сравнения, привычные нам машины с ГБО на пропан-бутане используют давления до 16 атмосфер, а в случае с метаном — порядка 200.

Водородомобили действительно экономичны: например, во время рекордного заезда Toyota Mirai на 5,6 кг водорода проехала более 1000 км, то есть расход составил 0,56 кг на сотню (но это всё же рекорд, а не средняя величина). Экономичность водородных машин связана как с эффективностью топливных элементов, так и высокой калорийностью водорода.

Но победа получается пирровой: цена килограмма водорода в Европе составляет 10–15 евро, то есть даже в режиме максимальной экономичности «Мирай» проехал 1000 км примерно за 56–84 евро. Для сравнения, при цене дизтоплива 1,6 евро/литр и расходе 5 л/100 км европейская малолитражка одолела бы ту же дистанцию за 80 евро без всяких ухищрений. Впрочем, оптимисты говорят, что цена водорода к 2030 году может упасть чуть ли не до 2 евро. Водородные станции есть и в России, но считаные единицы.

Водород еще и взрывоопасен, о чём вы наверняка знаете из истории дирижабля «Гинденбург». И он не безвреден для металлов, увеличивая хрупкость и пористость сталей (хотя при желании эту проблему можно решить).

Ведущие автоконцерны пока делают ставку на электромобили, но водородная энергетика не списана со счетов. Например, развитие ветряных и солнечных станций создает проблемы с хранением и передачей больших количеств электроэнергии, и одна из концепций — превращать ее в водород, который можно продавать в чистом виде или превращать в метан, основной компонент природного газа. А уж что делать с природным газом, спросите «Газпром».

Кстати, будьте аккуратны, покупая гибридный автомобиль: в России их облагают повышенным налогом. Большой интерес последнее время вызывают электромобили, которых в России всё больше. Например, начались продажи люксовых электрокроссоверов Skywell.