Дмитрий Заруцкий
Carpe diem, quam minimum credula postero!

Водород как топливо – прорыв или тупиковое направление?

Водород как топливо – прорыв или тупиковое направление?
Станут ли массовыми автомобили на водороде? © Financial Times

Водород – топливо, обладающее самой высокой теплотворной способностью (энергетической ценностью) на единицу массы. При сгорании килограмма гидрогена выделяется около 140 МДж энергии, тогда как аналогичная масса бензина или пропан-бутана дает порядка 50 МДж, спирта – 30 МДж, а угля – около 20-25 МДж. Поэтому неудивительно, что ученые уже давно пытаются разработать методы эффективного использования водорода в качестве горючего для транспорта.

Водород – это непросто

Помимо плюсов, есть у водорода и недостатки. Во-первых, гидроген – самый легкий химический элемент, его атом содержит по одному протону и электрону. Простое вещество, состоящее из двух атомов, из-за этого имеет очень малую плотность (0,09 кг/м³) и обладает большой летучестью. Это порождает проблемы хранения и транспортировки газа. Ведь чтобы запасти достаточно энергии для автомобиля – нужно сильно сжать газ (в сотни раз), что требует использования прочных и тяжелых баллонов.

Водородные баллоны © PEGE.org
Водородные баллоны © PEGE.org

Выдающиеся энергетические характеристики водорода, являющиеся его достоинством, являются также и источником повышенного риска. Смешиваясь с воздухом, он образует гремучий газ, взрывающийся от малейшей искры. Этот газ намного опаснее других горючих газов, используемых на транспорте.

Если метан взрывается при концентрации в воздухе от 4 до 17%, пропан – от 2 до 10% (если газа будет меньше или больше – «бабах» не произойдет), то для водорода концентрация практически не имеет значения. Это значит, что в случае ДТП риск взрыва авто с водородным мотором гораздо выше, чем с бензиновым или газовым.

Кроме того, через микроскопические поры и трещины водород улетучивается намного легче и быстрее другого топлива, из-за чего даже небольшое повреждение топливных магистралей может повлечь взрыв в подкапотном пространстве. Порой даже трещин не надо, так как маленькая молекула способна просачиваться через многие материалы (в том числе, металлы).

Баллон для водорода имеет сложную многослойную структуру стенок, препятствующих утечке газа © EHA
Баллон для водорода имеет сложную многослойную структуру стенок, препятствующих утечке газа © EHA

Производят водород несколькими способами, самые популярные из них – разложение метана путем паровой конверсии, и воды – методом электролиза. Первый метод требует, по большому счету, только газ метан (он и сырье, и энергоноситель), а электролиз воды требует электроэнергию. Полученный таким путем газ стоит дороже, а сам КПД процесса электролиза весьма невысок. Это тоже неидеальный вариант.

Массовые авто на водороде: быть или не быть?

Перечисленные нюансы очень затрудняют широкое использование водорода в качестве топлива для авто. Эксперименты в этой области ведутся давно, некоторые модели машин, работающих на водороде, производятся малой серией, кое-где в мире работают водородные автозаправки. Однако прогресс в данной отрасли продвигается медленно, таких заправок во всем мире ничтожное количество.

Водородная АЗС © respectmyplanet.org
Водородная АЗС © respectmyplanet.org

Так как в чистом виде водород, пригодный для добычи, нигде в больших объемах не встречается, получать его можно только химическим методом. Для этого нужен или природный газ, или много электроэнергии. Но их можно с пользой применять на авто и безо всякой переработки.

Несмотря на меньшую калорийность, метан и электричество дешевле, безопаснее и проще в использовании, даже при нынешнем уровне развития газовых и электромобилей. Изобретение велосипеда в лице перехода на водород в такой ситуации не сильно-то и нужно. Оно может быть оправдано при потребности получить большую мощность с маленького мотора, но это и современным электромоторам вполне под силу.

По мере прогресса в области технологий хранения электроэнергии привлекательность водорода расти не будет. Поэтому ждать популяризации автомобилей, работающих на гидрогене, не стоит. С большой долей вероятности, они так никогда и не станут чем-то большим, чем одна из экспериментальных, но тупиковых ветвей эволюции техники.