Водневі двигуни: як вони працюють і чому вони є ключем до майбутнього

Водневі двигуни, як і раніше, залишаються одним з найбільш перспективних варіантів майбутнього екологічно чистого автомобілебудування. Незважаючи на деякі технічні та логістичні проблеми, ця технологія викликала зростаючий інтерес до таких великих брендів, як Toyota, BMW, Mazda, Hyundai та Ford, які вже вклали значні ресурси у розробку цих систем. В даний час у промисловості виділяють два основні типи водневих двигунів: водневі двигуни внутрішнього згоряння та двигуни на паливних елементах.

У цій статті ми пояснимо робота водневих двигунів, їх основні характеристики, переваги та недоліки кожної із систем, а також те, як вони можуть вплинути на майбутнє транспорту.

Як працює двигун внутрішнього згоряння на водні?

Водневий двигун внутрішнього згоряння працює дуже схоже на традиційний бензиновий або дизельний двигун внутрішнього згоряння, але з однією істотною відмінністю: як паливо він використовує водень замість нафтопродуктів. У цьому випадку водень змішується з киснем всередині камери згоряння і займається від іскри, так само, як і в звичайному двигуні. Цей процес вивільняє енергію, яка приводить у рух поршні та створює механічний рух.

Однією з основних переваг двигуна цього є те, що він виробляє вуглекислий газ (CO2), а викидає їх у атмосферу. водяна пара як побічний продукт. Однак через високі температури, що досягаються під час згоряння, утворюються оксиди азоту (NOx), які продовжують забруднювати довкілля.Щоб пом'якшити цю проблему, деякі рішення включають упорскування води в систему впуску - метод, який, як було показано, значно знижує утворення NOx.

Однак двигуни внутрішнього згоряння на водні також стикаються з проблемами, пов'язаними з щільність енергії водню, що нижче, ніж у інших рідких видів палива. Це означає, що для виконання тієї ж роботи, що і бензиновий двигун, потрібна більша кількість водню. Хоча вони можуть працювати на альтернативних видах палива, таких як КПГ або СНД, зберігання залишається проблемою, оскільки водень необхідно зберігати за дуже високого тиску, зазвичай 700 бар, що передбачає використання дуже дорогих спеціалізованих резервуарів.

Приклади водневих двигунів

Яскравим прикладом водневого двигуна є БМВ 750 гол, який був одним з перших транспортних засобів, що використовують рідкий водень як паливо. Ця модель вимагала надзвичайно низьких температур (-253 ° C) для ефективного зберігання водню у спеціальних резервуарах. Незважаючи на те, що нові розробки перевершили його, він став важливою віхою у розвитку цієї технології.

Інша справа – двигун Водневий Водолій, розроблений ізраїльською компанією. Цей двигун відрізняється тим, що не вимагає мастила, що спрощує його обслуговування. Крім того, його інноваційна система зводить до мінімуму викиди NOx, а завдяки своїй легкості та низькій вартості вона є життєздатним варіантом як для транспортних засобів, так і для генераторів енергії.

Як працює водневий двигун на паливних елементах

На відміну від двигунів внутрішнього згоряння двигуни внутрішнього згоряння паливний осередок Вони перетворюють водень на електрику за допомогою електрохімічного процесу, званого зворотним електролізом. Коли водень, що зберігається в резервуарах, з'єднується з киснем у паливному елементі, виробляється електрика, що приводить у дію електродвигун, а єдиним побічним продуктом є чиста вода.

Цей процес набагато ефективніший, ніж спалювання водню, і, що найголовніше, не виділяє забруднюючих речовин. Однак висока вартість виробництва паливних елементів є ключовою перешкодою. В даний час платина використовується як каталізатор у цьому процесі, але деякі дослідники шукають більш доступні альтернативи, такі як феросплави, щоб знизити вартість.

Відмінним прикладом технології паливних елементів є Тойота Мірай, який привернув увагу своїми характеристиками та здатністю долати на водневому заряді до 650 км. Цей тип технології ідеально підходить для транспортних засобів, які подорожують на великі відстані, таких як вантажівки або автобуси завдяки більшій автономності, яку вони пропонують в порівнянні зі звичайними електромобілями.

Переваги та недоліки водневого двигуна

Водневі двигуни як внутрішнього згоряння, так і паливні елементи пропонують ряд перевага y проблеми, які необхідно зважити перед широким поширенням:

• Переваги:
  • Час заправки воднем значно коротший (менше 5 хвилин) порівняно із зарядкою електричних батарей.
  • Викиди набагато нижчі або нульові, залежно від використовуваної системи.
  • Водень є найпоширенішим елементом у Всесвіті, що робить його довгостроковим стійким варіантом.
  • Водневі автомобілі, такі як Hyundai Nexo, можуть очищати повітря, в якому вони циркулюють, що сприяє покращенню міської екології.
  • Недоліки:
    • Вартість виробництва паливних елементів та інфраструктури зберігання водню залишається високою.
    • Інфраструктура заправки воднем обмежена: у більшості країн є кілька станцій.
    • Процес виробництва водню не завжди чистий, особливо якщо він отриманий із невідновлюваних джерел.

    Автономність та безпека водневих автомобілів

    Водневі автомобілі виділяються своїми автономія, досягаючи показників, які можна порівняти з показниками бензинових автомобілів. Такі моделі, як Хендай Нексо Вони забезпечують запас ходу до 666 км, тоді як Toyota Mirai він перевищує 650 км. Це робить водневі автомобілі дуже конкурентоспроможними з погляду мобільності на далекі відстані.

    Що ж до безпекаЯк запевняє Toyota у своїй моделі Mirai, баки з воднем спроектовані так, щоб витримувати високий тиск і навіть кулі. За останні роки інфраструктура та стандарти безпеки для водневих транспортних засобів пройшли довгий шлях, внаслідок чого з'явилися транспортні засоби, які так само безпечні, як їх бензинові чи дизельні аналоги.

    Майбутнє водню в автомобільній промисловості продовжує розвиватись. З розвитком технологій внутрішнього згоряння та паливних елементів, а також розвитком більш ефективної інфраструктури ми, ймовірно, побачимо зростання використання транспортних засобів, що працюють на водні.

    Будьте першим, щоб коментувати

    Водневий двигун

    На жаль, природні ресурси нашої планети є безмежними.І хоча запасів нафти, що є сировиною для виробництва автомобільного палива, вистачить не на одну сотню років, ціна чорного золота, що невпинно зростає, змушує виробників вже сьогодні підшукувати альтернативні джерела харчування.

    Крім того, до цього призводить необхідність піклування про чистоту довкілля. Хоча у більшості сучасних транспортних засобах виробниками передбачено ретельне очищення вихлопних газів, повністю вберегти екологію від їх негативного впливу поки що не вдається.

    Одним із найбільш перспективних варіантів альтернативних джерел енергії для автомобілів вважається інноваційна розробка конструкторського бюро концерну Toyota. Чи можна самостійно виготовити водневий двигун? Спробуємо розібратися, попередньо ознайомившись із пристроєм та принципом дії силового агрегату, призначеного для машин майбутнього покоління.

    Водневий двигун - гідний наступник двигунів на традиційному паливі. Рекомендації щодо самостійного виготовлення

    Майстерність вітчизняних умільців завжди вражала та викликала неприкриту заздрість автолюбителів усього світу. Прагнення уникнути зайвих витрат змушує доморощених механіків удосконалювати власні засоби пересування своїми руками. Водневий двигун не є винятком. Російські автолюбителі навчилися виготовляти його самостійно.

    Щоб краще розібратися у всіх тонкощах цього процесу, слід ознайомитися з пристроєм силового агрегату, якому, безсумнівно, належить майбутнє моторобудування. Також необхідно досконало вивчити принцип роботи такого пристрою.

    Різновиди водневих двигунів

    Сучасна наука не стоїть дома, постійно перебуваючи у пошуках нових рішень. Однак реального втілення в життя удостоюються лише найперспективніші з них. Розробки, які мають досить високої рентабельністю разом із прийнятними показниками продуктивності, відкидаються відразу. На сьогоднішній день відомо два види силових агрегатів, що працюють на водні:

    1. мотори, як джерело живлення яких використовуються паливні елементи. Рядовому обивателю, на жаль, встановити подібний водневий двигун на свій автомобіль неможливо. Поясненням такої дуже сумної для водіїв середнього достатку насправді є досить відчутна вартість комплектуючих деталей, що становлять його конструкцію. Деякі з них виготовляються із дорогоцінних матеріалів, зокрема із платини;
    2. Другим різновидом вважається водневий двигун внутрішнього згоряння. Його принцип дії аналогічний силовим установкам, які працюють на пропані. Тому часто газові агрегати піддають певному перенастроюванню, пристосовуючи до використання водню. Незважаючи на те, що ККД таких моторів значно нижчі за пристрої, що функціонують на паливних елементах, багатьох автолюбителів залучає їх доступна вартість і можливість самостійного виготовлення.

    Слід зазначити, що вчені не зупинилися у винаході цих двох типів водневих двигунів. В даний час проводяться дослідження щодо їх удосконалення. Тому неможливо упевнено стверджувати, якому з них належить майбутнє.

    Принцип дії водневих силових установок

    Щоб будь-який двигун міг нормально працювати, необхідно його забезпечити надійним джерелом живлення.Водневий двигун функціонує за рахунок електролізу. З присутністю особливого каталізатора у воді під впливом електричного струму утворюється газ, що не має вибухонебезпечних властивостей, з назвою гідроген. Його можна уявити хімічною формулою ННО.

    У конструкції силового агрегату передбачені спеціальні ємності. Вони призначені для з'єднання гідрогену з паливно-повітряною сумішшю.

    Пристрій генератора представлено електролізером та резервуаром. Процес утворення гідрогену здійснюється за допомогою модулятора струму. Водневі двигуни інжекторного типу додатково комплектуються спеціальним оптимізатором. Основним призначенням даного пристрою є забезпечення необхідного співвідношення гідрогену і паливно-повітряної суміші. З його допомогою відбувається регулювання процесу створення ідеальних пропорцій.

    Різновиди каталізаторів

    У звичайних умовах виділити гідроген із води практично неможливо. Для успішного протікання процесу потрібне використання спеціальних каталізаторів. На сьогоднішній день застосовуються такі їх різновиди:

    1. Досить проста конструкція, керована дуже примітивним механізмом, виконується у вигляді циліндричних банок. На жаль, елементарний пристрій даного каталізатора негативно позначилося на продуктивності водневого двигуна. Її максимальна величина характеризується показником 0,7 л газу, що виділяється за хвилину. Такий вид каталізатора підходить для ДВЗ на водні з невеликою ємністю, а саме до 1,5 літра. Збільшення кількості банок сприяє можливості експлуатації силового агрегату більшого обсягу;
    2. найкращу ефективність має каталізатор, представлений відокремленими осередками.Така система характеризується максимальним коефіцієнтом корисної дії;
    3. на довгострокову експлуатацію розраховані відкриті пластини чи сухий каталізатор. Завдяки вільному доступу повітря з довкілля створюється можливість найефективнішого охолодження. З перерахованих різновидів система має середній показник продуктивності, що виражається величиною, що коливається в межах 1-2 л газу, що виділяється з води протягом однієї хвилини.

    Конструкторські бюро та дослідницькі інститути не припиняють дослідження з розробки водневих двигунів, що мають прийнятну продуктивність при максимальному ККД. Вже сьогодні практикується застосування гібридних пристроїв, у яких успішно поєднуються різні джерела живлення. Оптимальною вважається комбінація водню із бензином. Також вчені продовжують пошук ідеального каталізатора, здатного забезпечити найбільшу продуктивність.

    Рекомендації щодо створення водневого двигуна своїми руками

    У звичайних умовах виділити гідроген із води практично неможливо. Для успішного протікання процесу потрібне використання спеціальних каталізаторів. На сьогоднішній день застосовуються такі їх різновиди:

    1. Досить проста конструкція, керована дуже примітивним механізмом, виконується у вигляді циліндричних банок. На жаль, елементарний пристрій даного каталізатора негативно позначилося на продуктивності водневого двигуна. Її максимальна величина характеризується показником 0,7 л газу, що виділяється за хвилину. Такий вид каталізатора підходить для ДВЗ на водні з невеликою ємністю, а саме до 1,5 літра. Збільшення кількості банок сприяє можливості експлуатації силового агрегату більшого обсягу;
    2. найкращу ефективність має каталізатор, представлений відокремленими осередками. Така система характеризується максимальним коефіцієнтом корисної дії;
    3. на довгострокову експлуатацію розраховані відкриті пластини чи сухий каталізатор. Завдяки вільному доступу повітря з довкілля створюється можливість найефективнішого охолодження. З перерахованих різновидів система має середній показник продуктивності, що виражається величиною, що коливається в межах 1-2 л газу, що виділяється з води протягом однієї хвилини.

    Конструкторські бюро та дослідницькі інститути не припиняють дослідження з розробки водневих двигунів, що мають прийнятну продуктивність при максимальному ККД. Вже сьогодні практикується застосування гібридних пристроїв, у яких успішно поєднуються різні джерела живлення. Оптимальною вважається комбінація водню із бензином. Також вчені продовжують пошук ідеального каталізатора, здатного забезпечити найбільшу продуктивність.

    Формування водневого агрегату

    Для початку слід забезпечити пристрій трубопроводу з додатковими ємностями. Датчик рівня рідини, закріплений у центрі кришки, перешкоджає помилковому спрацьовуванню під час руху вгору-вниз. Цим приладом керується система автоматичного підживлення.

    Датчик тиску регулює підкачування води, включаючи відключаючи її при показниках відповідно 40 і 45 psi. При досягненні навантаження 50 psi приводиться в дію запобіжник, в конструкції якого передбачені дві функціонально значущі частини:

    • вентиль аварійного скидання використовується у екстремальних ситуаціях;
    • розривний диск, принцип роботи якого полягає в активації при показнику тиску 60 psi, забезпечуючи безпеку системи.

    Особливу увагу слід приділити якісному відводу тепла. Для цієї мети підбирається найхолодніша свічка.

    Категорично забороняється використовувати платинові наконечники свічок. Цей матеріал є потужним каталізатором, що сприяє реакції кисню з воднем.

    Електрична начинка

    Як імпульсний генератор, що регулює тривалість і частоту імпульсу, рекомендується використовувати таймер 555. У мікросхемі двигуна на водні повинно бути два таких прилади. При цьому конденсатори першого з них повинні мати більшу ємність. Включення другого генератора відбувається з виходу третьої частоти першого таймера.

    Резистори на 220 та 820 Ом з'єднуються з третім виходом другого приладу 555. Для отримання сили струму необхідної величини використовується транзистор. Його захист покладено на діод 1N4007, що підтримує нормальне функціонування всієї системи.

    Висновок

    Цілком імовірно, найближчим часом переважна більшість транспортних засобів буде комплектуватися водневими двигунами. Оскільки кругообіг води в природі зробив цей матеріал практично невичерпним, і процес її видобутку не викликає жодних труднощів, економія стає очевидною.

    Крім того, головними перевагами таких агрегатів вважаються скорочення споживання бензину та збереження навколишнього середовища завдяки абсолютній екологічній безпеці.

    Незважаючи на те, що характеристики саморобного мотора, що використовує водневе паливо як джерело живлення, дещо поступаються заводським моделям, вітчизняні умільці можуть пишатися власноручним творінням.

    Як працює водневий двигун та які у нього перспективи

    Автомобілі із водневими двигунами називають головними конкурентами електрокарів.Але у технології поки що чимало мінусів, і, наприклад, засновник Tesla Ілон Маск називає її «тупою та марною». Має рацію він чи ні?

    З 2018 року в ЄС діє заборона дизельних автомобілів новітнього покоління в населених пунктах [1]. Це стало поворотним моментом у розвитку ринку електрокарів, а також гібридних і водневих двигунів. Великобританія ще 2017-го висловлювалася за повну заборону бензинових авто до 2040 року. Тоді ж, якщо вірити дослідженню Bloomberg New Energy Finance [2], на електрокари припадатиме 35% від усіх продажів автомобілів. Вже до 2030 Jaguar і Land Rover планують довести число електрокарів у своїх лінійках до 100% [3]. Частина також працює на водні.

    Історія розвитку ринку водневих двигунів

    Перший двигун, що працює на водні, придумав у 1806 французький винахідник Франсуа Ісаак де Ріваз [4]. Він отримував водень за допомогою електролізу води. Перший патент на водневий двигун видали у Великій Британії в 1841 [5]. У 1852 році в Німеччині збудували двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ), який працював на повітряно-водневій суміші. Ще через 11 років французький винахідник Етьєн Ленуар сконструював гіпомобіль [6], перші версії якого працювали на водні. У 1933 році норвезька нафтогазова і металургійна компанія Norsk Hydro Power переобладнала [7] одну зі своїх невеликих вантажівок для роботи на водні. Хімічний елемент виділявся за рахунок риформінгу аміаку та надходив до ДВС. У Ленінграді під час блокади на повітряно-водневої суміші працювало близько 600 аеростатів. Таке рішення запропонував військовий технік Борис Шепеліц, щоб вирішити проблему нестачі бензину.Він переобладнав 200 вантажівок ГАЗ-АА для роботи на водні. Перший транспорт на водні випустила в 1959 американська компанія Allis-Chalmers Manufacturing Company - це був трактор [8]. Першим автомобілем на водневих паливних елементах став Electrovan від General Motors 1966 року. Він був обладнаний резервуарами для зберігання водню та міг проїхати до 193 км на одному заряді. Однак це був одиничний демонстраційний екземпляр, який пересувався лише територією заводу. 1979-го з'явився перший автомобіль BMW з водневим двигуном. Поштовхом до його створення послужили нафтові кризи 1970-х, і після закінчення про ідею альтернативних двигунів забули аж до 2000-х років. У 2007 році та ж BMW випустила обмежену серію автомобілів Hydrogen 7, які могли працювати як на бензині, так і водні. Але машина була недешевою, при цьому 8-кілограмового балона з газом вистачало лише на 200-250 км. Першою серійною моделлю автомобіля з водневим двигуном стала Toyota Mirai, випущена у 2014 році. Сьогодні такі моделі є в лінійках багатьох великих автовиробників: Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford та інші.

    Як працює водневий двигун?

    На спеціальних заправках паливний бак заправляють стисненим воднем. Він надходить у паливний елемент, де є мембрана, яка поділяє собою камери з анодом та катодом. У першу надходить водень, а в другу - кисень з повітрозабірника. Кожен із електродів мембрани покривають шаром каталізатора (найчастіше — платиною), у результаті водень починає втрачати електрони — негативно заряджені частки. У цей час через мембрану до катода проходять протони – позитивно заряджені частинки.Вони з'єднуються з електронами і на виході утворюють водяну пару та електрику.

    По суті, це той самий електромобіль, тільки з іншим акумулятором. Місткість водневого акумулятора в десять разів більша за ємність літій-іонного. Балон із 5 кг водню заправляється близько 3 хвилин, його вистачає до 500 км.

    Де застосовують водневе паливо?

    • В автомобілях з водневими та гібридними двигунами. Такі вже випускають Toyota, Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan, Daimler;
    • У поїздах. Перший такий був випущений у Німеччині компанією Alstom і ходить маршрутом Букстехуде — Куксхафен;
    • В автобусах: наприклад, у міських автобусах з низькою підлогою марки MAN.
    • У літаках. Перший безпілотник на водні випустила компанія Boeing, усередині водневий двигун Ford;
    • на водному транспорті. Siemens випускає підводні човни на водні, а в Ісландії планують перевести на водневе паливо всі рибальські судна;
    • У допоміжному транспорті. Водень використовують у електрокарах для гольфу, складських навантажувачах, сервісних автомобілях логістичних компаній та аеропортів;
    • В енергетиці. Електростанції потужністю від 1 до 5 кВт, що працюють на водні, можуть забезпечувати теплом та енергією невеликі міста та окремі будинки. Наприклад, після аварії на Фукусімі у 2018 році Японія активніше почала переходити на водневу енергетику [9], плануючи перевести на водень 1,4 млн. електрогенераторів;
    • У сумішах із звичайним паливом. Наприклад, із дизельним чи газовим — щоб здешевити виробництво.

    Плюси водневого двигуна

    • Екологічність під час використання. Водневий транспорт не викидає в атмосферу діоксид вуглецю;
    • Високий ККД. У двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) він становить близько 35%, а у водневого - від 45%.Водневий автомобіль зможе проїхати на 1 кг водню в 2,5-3 рази більше, ніж на еквівалентному йому за енергоємністю та об'ємом галоні (3,8 л) бензину;
    • Безшумна робота двигуна;
    • Швидша заправка - особливо в порівнянні з електрокарами;
    • Скорочення залежності від вуглеводнів. Водневим двигунам не потрібна нафта, запаси якої не нескінченні і до того ж зосереджені у кількох країнах. Це дозволяє нафтовим державам диктувати ціни на ринку, що є невигідним для розвинених економік.

    Мінуси водневого двигуна

    • Висока ціна. Галлон бензину США коштує близько $3,1 [10], а еквівалентний йому 1 кг водню — $8,6. Водневі батареї містять платину — один із найдорожчих металів у світі. Додаткові заходи безпеки також роблять двигун дорогим: зокрема спеціальні системи зберігання та баки з вуглепластику, щоб уникнути вибуху.
    • Проблеми із інфраструктурою. Для заправки воднем потрібні спеціальні станції, які коштують дорожче за звичайні.
    • Чи не найекологічніше виробництво. До 95% сировини для водневого палива одержують з копалин [11]. Крім того, при створенні палива використовують паровий риформінг метану, для якого потрібні вуглеводні. Тож і тут виникає залежність від природних ресурсів.
    • Високий ризик. Для використання у двигунах водень стискають у 850 разів [12], через що тиск газу досягає 700 атмосфер. У поєднанні з високою температурою, це підвищує ризик самозаймання.

    Водень має високу леткість, проникає навіть у невеликі щілини і легко запалюється. Якщо він заповнить собою весь капот та салон автомобіля, найменша іскра викличе пожежу чи вибух. Так, у червні 2019 року витік водню призвів до вибуху на заправці в Норвегії.Сила ударної хвилі була порівнянна із землетрусом у радіусі 28 км. Після цього випадку водневі АЗС у Норвегії заборонили.

    Водень для палива можна отримувати різними способами. Залежно від цього, наскільки вони нешкідливі, підсумковий продукт називають «жовтим» чи «зеленим». Жовтий водень — той, котрій потрібна атомна енергія. Зелений - той, для якого використовують поновлювані ресурси. Саме цей водень роблять ставку міжнародні організації.

    Найнешкідливіший спосіб — електроліз, тобто вилучення водню з води за допомогою електричного струму. Поки що він не такий вигідний, як решта (наприклад, парова конверсія метану та природного газу). Але проблему можна вирішити, якщо зробити ланцюжок замкненим — пускати електрику, що виділяється у водневих паливних елементах для отримання нового водню.

    Водневий транспорт у Росії

    У Росії у 2014 році з'явився свій виробник водневих паливних осередків - AT Energy. Компанія спеціалізується на акумуляторних системах для дронів, у тому числі військових. Саме її паливні осередки використали для безпілотників, які знімали Олімпіаду-2014 у Сочі.

    У 2019 році Росія підписала Паризьку угоду щодо клімату, яка передбачає поступовий перехід країн на екологічні види палива.

    Трохи пізніше "Газпром" та "Росатом" підготували спільну програму розвитку водневої технології на десять років.

    Головний фактор, який може забезпечити Росії перевагу на ринку водню - це багаті запаси прісної води [14] за рахунок внутрішніх водойм, що тануть льодовиків Арктики та снігів Сибіру. Поблизу останніх вже є видобувна інфраструктура від "Роснефти", "Газпрому" та "Новатека".

    Наприкінці 2020 року влада Санкт-Петербурга анонсувала [15] запуск каршерингу на водневому паливі спільно з Hyundai. У разі успіху проект розширять і інші великі міста Росії.

    Перспективи технології

    Навколо водневих двигунів чимало суперечливих заяв. Одні беззастережно вірять у їхнє майбутнє — наприклад, Арнольд Шварценеггер ще 2004 року, будучи губернатором Каліфорнії, обіцяв [16], що до 2010 року весь його штат буде покритий водневими шосе. Але цього так і не сталося. У цьому частково винна глобальна економічна криза: автовиробникам довелося виживати у важких фінансових умовах, а подібні технології вимагають великих та довгострокових вкладень.

    Інші, навпаки, критикують технологію через її очевидні недоліки. Так, засновник Tesla Ілон Маск назвав водневі двигуни "приголомшливо тупою технологією" [17], яка по ефективності помітно поступається електричним акумуляторам. Частково він правий: сьогодні водневим автомобілям доводиться конкурувати з електрокарами, гібридами, транспортом на стислому повітрі та рідкому азоті. І поки що до лідерства їм дуже далеко.

    З одного боку, у Європі Toyota Mirai II коштує дещо дешевше, ніж Tesla Model S (€64 тис. проти €77 тис.) [18]. Повна зарядка водневого автомобіля займає близько 3 хвилин проти 30-75 хвилин для електрокара. Проте вся різниця в обслуговуванні: Toyota Mirai вміщує 5 кг водневого палива [19] за ціною $8-9 за кг. Таким чином, повний бак коштуватиме $45, і його вистачить на 500 км — отримуємо близько $9 за 100 км пробігу. Для Tesla Model S ті ж 100 км коштуватимуть лише $3.

    Але водневе паливо має суттєву перевагу перед електричними акумуляторами — довговічність.Якщо акумулятора в електрокарі вистачає на три-п'ять років, то водневого паливного осередку вже на вісім-десять років. Водночас акумулятори краще пристосовані для суворого клімату: не втрачають заряд на морозі, як це відбувається з електрокарами.

    Є ще одна перспективна сфера застосування водневого палива — стаціонарне резервне харчування: осередки з воднем можуть постачати енергією стільникові вежі та інші невеликі споруди. Їх можна пристосувати навіть для енергопостачання невеликих автономних пунктів на кшталт полярних станцій. В цьому випадку можна щорічно наповнювати газгольдер, економлячи на обслуговуванні та транспорті.

    Основний закид критиків — дорожнеча водневого палива та логістики. Однак Міжнародне енергетичне агентство прогнозує, що ціна водню до 2030 року впаде щонайменше на 30% [20]. Це зробить водневе паливо порівнянним за ціною іншими видами [21].

    Якщо згадати, як розвивався ринок електрокарів, то його зростанню сприяли три головні фактори:

    1. Лобі з боку розвинених держав: у США [22], ЄС [23], Японії [24], Росії [25] та інших країнах прийнято закони на підтримку екологічного транспорту.
    2. Здешевлення акумуляторів: Згідно з дослідженням Bloomberg New Energy Finance, за останні десять років ціни на літій-іонні акумулятори впали з $1200 до $137 за кВт·год.
    3. Розвиток інфраструктури: спеціальні електрозарядні станції та зарядки у великих бізнес-центрах, на парковках ТЦ та аеропортів.

    Водневі двигуни чекає приблизно на той самий сценарій. У Toyota бачать головні перспективи [26] для водневих двигунів у компактних автомобілях, а також у середньому та преміум-класі. Поки що виробництво не вийшло на той рівень, щоби бюджетні моделі працювали на водні і залишалися рентабельними.Сучасні водневі машини коштують вдвічі дорожче за звичайні [27] і на 20% більше, ніж гібридні.

    Згідно з прогнозом Markets&Markets [28], до 2022 обсяг світового виробництва водню зросте зі $115 до $154 млрд. Залишається головне питання: як бути з інфраструктурою? Щоб водневі двигуни стали масовими, потрібні мережі заправок, трубопроводи для палива, налагоджені логістичні ланцюжки. Все це поки що тільки зароджується. Але й тут є позитивні зрушення: наприклад, канадська Ballard Power на замовлення китайського Міністерства транспорту запустила пілотний проект, у рамках якого водневе паливо можна буде заливати у звичайні АЗС.