Новые известия (Москва)
30 ноября 2005 года, N219

Водородная гонка

Российские космические НИИ приспособили под автомобиль энергетическую установку от "Бурана"

Недавно Олимпийский комитет Канады заявил, что на зимней Олимпиаде 2010 года в Ванкувере для обеспечения нужд спортсменов будут использоваться только автомобили, работающие на водородном топливе. Амбициозный проект, на который инвесторы готовы выложить до 20 млн. долларов, в очередной раз подстегнул водородную гонку. Пока неформальные лидеры, в числе которых и Россия, держат паритет. Но в ближайшее десятилетие ситуация может кардинально измениться, и наша страна окажется в аутсайдерах. Экономически развитые державы перейдут на альтернативное топливо, этого нефтяной бюджет России просто не переживет.

Реализация "водородного проекта" на Олимпиаде в Ванкувере должна стать одной из самых значительных рекламных акций промышленных корпораций, занимающихся разработкой водородомобилей. Несколько лет назад президент Буш поставил перед американской наукой цель - к 2020 году разработать и внедрить в эксплуатацию конкурентоспособные автомобили нового поколения, в которых в качестве топлива используется водород. Развитие таких технологий позволит в будущем полностью отказаться от традиционных двигателей внутреннего сгорания. По некоторым источникам, на эту задачу из бюджета США выделяется около 3 млрд. долларов, значительные средства идут также из частных источников. После столь грандиозного заявления многие страны, в том числе и Россия, включились в водородную гонку.

Принцип функционирования водородных автомобилей несколько необычен. В специальном электрохимическом генераторе между водородом и кислородом происходит электрохимическая реакция, в результате чего вырабатывается электричество, которое в свою очередь питает электродвигатели. Выхлопа у подобного автомобиля нет абсолютно. Из трубы лишь струится водяной пар или капает чистая вода.

Водородный скейтборд

В 2000 году корпорация General Motors разработала концепцию, как должен выглядеть водородный автомобиль. В первую очередь американские инженеры решили отказаться от таких традиционных элементов конструкции, как механическое рулевое управление, коробка передач, карданный вал и сцепление. Машина, по их мнению, должна состоять всего из двух частей.
Первая - это движущая платформа, в которой будут расположены электрохимические генераторы, основные механизмы, баки с криогенным или газообразным водородом, электромоторы, компьютеры системы управления и торможения. Причем каждое из 4 колес может иметь свой собственный электромотор. Вторая часть - это непосредственно сам кузов с местами для пассажиров и багажа. Управление движением должно осуществляться по проводам. Водитель держит в руках лишь компьютерный джойстик, команды от которого поступают в центральный компьютер. ЭВМ сама вычисляет алгоритмы поведения машины на дороге.
По сути, нижняя платформа - это гигантский скейтборд с электрохимическими генераторами, электромоторами и баками для хранения водорода, на который можно установить все, что угодно. Предполагается, что владельцы таких транспортных средств с легкостью смогут заказывать себе новые кузова в различных технических ателье, словно дорогую одежду, если старая уже порядком поднадоела. Этому поспособствует и значительный срок службы электромобиля. Заявляется, что он будет составлять не менее 20 лет.

В мире всего 8 крупных компаний, занимающихся разработкой водородной техники. General Motors, Daimler-Chrysler, Toyota, Honda уже активно строят прототипы водородомобилей. В России, чтобы не отстать в технологическом плане от ведущих мировых держав, сразу несколько научно-исследовательских институтов подключились к конструкторской работе.

"Если мы не вступим в водородную гонку, то рискуем через несколько десятилетий попасть в зависимость от тех фирм, что начнут массовое производство водородных двигателей, - заявлял не так давно вице-президент Российской академии наук Геннадий Месяц. - Отечественные научно-исследовательские институты совместно с ведущими машиностроительными предприятиями просто обязаны включиться в разработку техники данного направления".

Из космоса на землю

Как оказалось, водородные энергоустановки уже применялись в передовой технике. РКК "Энергия" им. С.П. Королева предложила приспособить под автомобиль электрохимические генераторы "Фотон" с космического корабля "Буран". Уральский электрохимический комбинат доработал установку, увеличив ее мощность с 10 до 25 кВт и подняв напряжение с 30 до 120 В. В качестве движущихся прототипов было решено использовать продукцию "АвтоВАЗа".

Первый отечественный водородный электромобиль "АНТЭЛ" (автомобиль на топливных элементах) был построен в 2001 году. Он оказался немного проще, чем американец, не напоминал гигантский скейтборд и имел всего один электрический двигатель, а не четыре. По конструкции он больше походил на машины ныне действующей схемы, только обычный двигатель внутреннего сгорания заменялся на водородный электрохимический генератор.

"На первой версии электрохимический генератор, баллоны с водородом и система управления энергоустановкой были установлены в багажнике, - рассказал "Новым Известиям" начальник пресс-центра "АвтоВАЗа" Владимир Арцыков. - Кислородные баллоны расположились под задним сиденьем на месте бензобака. В подкапотном пространстве были установлены тяговый электродвигатель мощностью 25 кВт с редуктором, силовой блок с электроприводом и аккумуляторная батарея на 30 В для пуска энергоустановки. Водород, определяющий пробег автомобиля, находился под давлением 250 атмосфер, и машина могла пройти 200-220 км с максимальной скоростью всего 80 км/ч. Правда, чтобы заправить машину топливом, приходилось ждать более 2 часов".

Первый блин

Результаты, показанные первой моделью, мало кого могли удовлетворить. Поэтому работа по совершенствованию энергоустановки была продолжена. Инженеры РКК "Энергия" добивались уменьшения массы, габаритов и увеличения мощности. Вскоре водородный электрохимический генератор был изготовлен на Уральском электрохимическом комбинате. Кислород теперь можно брать прямо из воздуха, что избавляет от необходимости возить с собой дополнительные кислородные баки. Появились и новые водородные резервуары, сделанные не из металла, а из внутреннего герметического сосуда с намоткой из стекловолокна. Такие емкости при сильных ударах лишь трескаются, выпуская газ. Воспламенения, взрыва и разлета крупных осколков, которые могут нанести серьезный вред, не происходит. Максимальная мощность, требуемая кратковременно при разгоне автомобиля, за счет применения сильноточной аккумуляторной батареи была увеличена до 40 кВт.

Новый прототип получил название "АНТЭЛ-2". Это пятиместный автомобиль с полноценным багажником. Все узлы и энергосистемы в нем размещены под полом и в подкапотном пространстве. С увеличением объема водородных баллонов до 90 литров и давления до 400 атмосфер возрос и его пробег до 350 км. "Прогноз развития энергетики говорит о том, что в XXI веке должна произойти существенная смена ориентиров в энергетике, - рассказал "Новым Известиям" директор программ по энергоустановкам на топливных элементах РКК "Энергия" Борис Соколов. - И если XIX и XX века нельзя представить без угля и нефти, наступившая эпоха предполагает активное использование водорода".

Заплатят, чтобы приучить

Водородомобили на Западе все активнее продвигаются в жизнь. Не так давно американское представительство компании Honda заявило о передаче нескольких своих водородных автомобилей в аренду частным лицам. В течение двухгодичных испытаний в Калифорнии будет анализироваться опыт повседневной эксплуатации автомобиля. В окрестностях Лос-Анджелеса губернатор Шварценеггер уже развернул строительство сети заправочных водородных станций, так называемой водородной магистрали.

Сегодня стоимость одного такого транспортного средства составляет несколько миллионов долларов. Однако к 2020 году зарубежные корпорации надеются значительно снизить себестоимость и довести цену до уровня обычной легковой машины.

Сумрачная угроза

Между тем смена ориентиров в мировой энергетике способна не только существенно улучшить экологическую обстановку на планете, но и разорить экономику целых стран, ввергнуть их в пучину нищеты и гуманитарных проблем. Речь идет о крупнейших экспортерах нефти, в том числе и о России.

"Мировое сообщество ставит перед нашей страной трудную задачу, - говорит научный секретарь Центра им. Келдыша Валентин Исаев. - Если для Америки и Европы переход на водород является существенным снижением энергетической зависимости от арабских стран, для нашего государства этот шаг грозит серьезными проблемами как экономического, так и политического характера. Об этом стоит серьезно задумываться уже сейчас".

По прогнозам аналитиков, освобождение Европы от российских нефтепроводов добьет и без того хилый автопром. Достанется и государству в целом, доходы которого в основном черпаются с нефтяных пошлин. Поэтому помимо "гонки водородных автомобилей" необходима четкая программа переориентации всей экономики России на другие способы получения доходов.

* * * *

В окрестностях Лос-Анджелеса губернатор Шварценеггер уже развернул строительство сети заправочных водородных станций, так называемой водородной магистрали.

Владимир Гаврилов

"Мир преодолел страх перед водородом"

Об истории создания отечественного водородного двигателя, о том, каковы перспективы у этого альтернативного топлива, "НИ" рассказал заместитель директора программ РКК "Энергия" им. С.П. Королева по энергоустановкам на основе топливных элементов Сергей ХУДЯКОВ.

- Сергей Андреевич, почему именно водород?
- За последнее время было проведено много исследований в области альтернативных источников энергии. Лучше водорода на данный момент ничего не нашлось. Запасы нефти иссякают, газа хоть и должно хватить лет на 80-100, все же он не отвечает все возрастающим требованиям по экономичности и экологической чистоте. Водорода же вокруг нас полным-полно. Его можно получать, к примеру, из воды путем электролиза. Побочным продуктом такой реакции является кислород. Потом после использования водорода с кислородом в машинах опять образуется вода. Получается экологически безвредный, замкнутый цикл, что похоже на кругооборот воды в природе. Преимущества водорода были известны достаточно давно. Первые энергетические установки на основе топливных элементов разрабатывались именно для космоса, где подобный кругооборот большой плюс.

- А для каких целей они применялись?
- История практического использования топливных элементов началась вместе с советской лунной программой. Наша группа работает над энергетическими установками на основе водородно-кислородных топливных элементов еще с 1967 года. Тогда строился ракетно-космический комплекс Н1ЛЗ. Корабль для лунной экспедиции по ряду технических причин нецелесообразно было оборудовать солнечными батареями, в том числе и потому, что их суммарная освещенность на орбите вокруг Луны была всего 0, 15-0, 2 %. Емкости аккумуляторов для обеспечения корабля электроэнергией на протяжении всего полета к Луне на орбите вокруг Луны и при возвращении к Земле было недостаточно. Поэтому в качестве энергетической установки на межпланетном корабле проектом предусматривалась энергоустановка на основе водородно-кислородных топливных элементов. Наша группа взялась за разработку. Техническое задание предусматривало сложную задачу, а именно требовалось обеспечить энергией бортовые системы, ЭВМ, научные приборы и др. в течение 12 суток полета. Электрохимический генератор был создан на Уральском электрохимическом комбинате. Его мощность составляла 1 кВт. На корабле разместили 3 таких генератора. Позднее, когда американский проект полета к Луне рассекретили, мы сравнивали их водородное оборудование с нашим. Уровень оказался примерно одинаков.

- К сожалению, советская лунная программа не было осуществлена. Как дальше развивались исследования?
- Буквально через несколько лет после Луны, в 1976 году, было поручено разработать энергоустановку для многоразового космического корабля "Буран". На челноке, так же, как и на лунном орбитальном корабле, нельзя было установить солнечные батареи. Мы довели мощность энергетической водородной установки до 40 кВт. В блоке из нескольких устройств корабль получил надежную энергосистему. Вскоре на Уральском электрохимическом комбинате освоили мелкосерийное производство более эффективных электрохимических генераторов. Последующие испытания доказали высокую эффективность энергоустановки, и она фактически была готова к полету в космос. Но началась перестройка, и программа многоразовых кораблей "Буран" была закрыта.

- Насколько взрывоопасен водород и не скажется ли внедрение нового типа двигателей на безопасности автомобиля?
- Это одно их важных направлений исследования. Боязнь водорода в технических устройствах началась с тридцатых годов. В мае 1937 года в США произошло страшное крушение немецкого трансатлантического дирижабля "Гинденбург". Взорвался водород, которым был заполнен лайнер. Погибли несколько десятков пассажиров. С тех пор пассажирские дирижабли больше не использовались. А боязнь водорода приобрела термин "синдром Гинденбурга".
Сейчас со взрывоопасностью водорода можно бороться. Разработаны композитные баки. Изготовлены они из герметичного сосуда, обмотанного снаружи стекловолокном. Они не взрываются, а только трескаются. В США проводился эксперимент. Два автомобиля, один водородный, а второй обычный с бензином, заправленных под завязку, сбросили с 10-метровой высоты. Баки обычной машины сразу лопнули, бензин потек, возникла искра, и автомобиль запылал.
При падении баки водородного электромобиля тоже треснули, но газ стал выходить и тут же улетучивался вверх. Пожара не произошло. По общему признанию водород даже безопаснее, чем природный газ, на который сейчас активно переводятся многие автомобили и автобусы.

Беседовал Владимир ГАВРИЛОВ

Переход на: