Электромобили на аккумуляторах против электромобилей на топливных элементах: сможет ли водород стать источником энергии для вашего следующего автомобиля?

Никаких споров — электромобили с аккумуляторной батареей (или BEV) в настоящее время лидируют, по крайней мере, когда дело касается продаж. Существуют десятки моделей аккумуляторных электромобилей и множество зарядных станций, хотя их пока недостаточно.

Но хотя BEV являются очевидным выбором на данный момент, все еще ведется много споров о том, останется ли это так или же однажды, в конце концов, водородные автомобили (широко известные как электромобили на топливных элементах, или FCEV) возьмут верх. .

Эти дебаты могут стать несколько жаркими и в Интернете. Поклонники FCEV рассматривают эту технологию как очевидный путь вперед, как ради удобства, так и для того, чтобы помочь решить некоторые проблемы, связанные с климатом, возникающие при производстве BEV. Другие, однако, не слишком заинтересованы в идее повторного переключения технологий и предпочитают повторять и совершенствовать модель аккумулятора, которая явно стала более популярной.

Для незнакомых: водородные автомобили, как следует из названия, используют водород для выработки электроэнергии. С точки зрения водителя, этот опыт очень похож на заправку бака бензином. Вы подкатитесь к насосу со шлангом и закачаете в автомобиль жидкость — но вместо бензина это сжатый водород в жидком состоянии. Эта легковоспламеняющаяся жидкость затем соединяется с кислородом воздуха в топливном элементе, что приводит к выработке электроэнергии. Единственные побочные продукты? Тепло и вода — так что да, вашей машине придется… хм… справлять нужду по пути. Конечно, все это предполагает, что все действительно работает правильно, но мы скоро к этому вернемся.

Удобство превыше всего

Сторонники водородных транспортных средств называют удобство основной причиной продвижения этой технологии, и это имеет смысл. В конце концов, зарядка электромобилей – это просто не лучший опыт. Технология зарядки электромобилей становится лучше, но зарядка на станции быстрой зарядки по-прежнему обычно занимает не менее 20 минут, и это если вам не придется ждать, пока освободится зарядное устройство. Это совсем другое дело, чем заправить бак бензином за две-три минуты по дороге с работы домой.

Как уже упоминалось, опыт заправки водородного автомобиля часто очень похож на опыт заправки автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Но,как в последнее время подчеркнули многие журналисты , заправка FCEV часто не дает результатов. Насосов очень мало (всего по состоянию на 2023 год, по данным Министерства энергетики , всего 50 станций), и они часто не работают. Это справедливо и в отношении зарядных станций для электромобилей, но, хотя зарядных станций для электромобилей пока недостаточно, их во много раз больше, чем водородных заправочных станций.

«Помимо потребительского интереса, BEV имеют гораздо более сильную инфраструктуру зарядки по всей территории США», — говорит Кэт Гарсайд, редактор Integrity Energy , которая помогает предприятиям и домовладельцам сократить расходы на электроэнергию. «По всей стране доступно более 61 000 общественных станций быстрой зарядки электромобилей уровня 2 или постоянного тока. Кроме того, федеральное правительство объявило о выделении бюджета в 50 миллионов долларов на расширение доступа к общественным зарядным станциям».

Давайте на минуту представим, что заправочных станций FCEV было столько же, сколько станций зарядки электромобилей, и что примерно такой же процент из них действительно работает. В этом случае заправка FCEV будет гораздо удобнее на общественной станции. Поскольку это займет всего несколько минут, на станциях будет гораздо меньше заторов, и даже если бы все станции были заняты, вам, вероятно, не пришлось бы долго ждать, чтобы получить доступ к одной из них. Конечно, это далеко от реальности. Сейчас существует всего несколько станций, и опять же, есть много проблем с их надежностью.

Но я уже упоминал, что заправлять FCEV удобнее на «общественной станции», потому что есть ключевой компонент подзарядки BEV, который делает их гораздо более удобными для значительной части водителей — возможность заряжаться дома. Это даже удобнее, чем заправлять FCEV для повседневного использования. Все, что вам нужно сделать, это подключить его к сети, когда вы вернетесь домой, и вам не придется никуда идти, чтобы заправиться.

Сейчас в среднем большинство FCEV имеют немного больший запас хода, чем большинство BEV — примерно до 400 миль или около того. Это не намного больше, чем у BEV, запас хода которых обычно составляет около 300 миль, но все же больше.

«Преимуществами FCEV являются большая дальность полета, быстрая дозаправка (по сравнению с бензином), улучшенные характеристики и долговечность (топливные элементы могут работать до 20 и более лет); кроме того (и это ключевой момент для тяжелых условий эксплуатации), они не несут вес батарей», — сказала Андреа Ланди, основатель Landi Technologies , компании, занимающейся технологиями экологически чистой энергии.

Водород гораздо более энергоемкий, чем современные аккумуляторные технологии, что способствует увеличению запаса хода. Но пока это не привело к значительному увеличению срока действия для потребителей. Во многом это связано с тем, что оборудование для хранения сжатого водорода, такое как резервуары высокого давления, весит много. Таким образом, хотя водород сам по себе технически гораздо более энергоемкий, FCEV сейчас не могут использовать его в совершенно другом диапазоне.

Есть еще одна ключевая область, где FCEV более удобны — в холодную погоду. У BEV ухудшается запас хода и скорость зарядки в холодную погоду, в то время как FCEV могут прекрасно работать при экстремально низких температурах без какой-либо потери эффективности.

Немного не по теме, но при написании этой статьи мне захотелось подключаемый гибрид — с аккумулятором для коротких поездок и баком с водородом для более длительных. Я отвлекся.

Что на самом деле более эффективно?

Если отбросить удобство, что на самом деле более эффективно? На этот вопрос сложно ответить — от эффективности зависит многое. При сравнении электромобилей и автомобилей с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) наука довольно ясна. Хотя производство аккумуляторов делает производство электромобилей менее эффективным, чем производство автомобилей с ДВС, электромобили догонят и превзойдут автомобили с ДВС всего за несколько лет.

Но данных об электромобилях и FCEV меньше, и, учитывая тот факт, что ни один из них на самом деле не выделяет парниковые газы сам по себе, нам остается сравнивать более сложные данные. Они делятся на два основных сегмента — производство транспортных средств и производство топлива (и транспорт).

Как правило, при производстве FCEV меньше выбросов, чем при производстве электромобилей. Это связано с одним компонентом электромобиля — аккумулятором. Аккумуляторы для электромобилей не только сложны в производстве, но и обычно требуют использования редких металлов, которые необходимо добывать и транспортировать. У некоторых FCEV тоже есть аккумулятор, но он далеко не такой большой, и его производство не потребует такого большого количества выбросов.

Однако заправка электромобилей сейчас более эффективна. Электромобили могут быть абсолютно чистыми или относительно грязными, но электросеть в США со временем становится чище, и многие водители заряжаются от солнечной энергии. В США 95% водородного топлива создается с использованием природного газа, что ухудшает его производство для окружающей среды, поскольку этот метод производства водорода приводит к выбросам CO2.

Производство водорода, вероятно, также станет чище, если FCEV станут более массовыми. Например, другой метод производства водорода называется электролизом, он предполагает пропускание электрического тока через воду и сам по себе не производит выбросов. Однако это не идеально — производство электроэнергии для электролиза может включать выбросы парниковых газов, и не обязательно кажется таким уж эффективным использование электричества для создания водорода только для того, чтобы затем использовать водород для производства электричества для питания автомобиля, а не для питания автомобиля. просто использую электричество для зарядки автомобиля.

Наконец, некоторые растительные материалы, как и некоторые виды мусора, могут производить водород, а пилотные проекты по использованию свалок и сточных вод для производства водорода уже начаты, но находятся на очень ранних стадиях.

А как насчет стоимости владения?

Это еще одна проблема, которую немного сложно решить. Водородное топливо сейчас чрезвычайно дорогое, но это во многом связано с тем, что существует так мало FCEV и, как следствие, очень ограниченное производство водородного топлива для потребителей. Заправка бака может стоить несколько сотен долларов — гораздо больше, чем заправка автомобиля. Но если бы FCEV стали более распространенными, это изменилось бы.

Электромобили очень недороги в обслуживании. У электромобилей нет двигателя, а единственными движущимися частями являются оси и колеса, приводимые в движение электродвигателями. Им не требуется замена масла или обслуживание двигателя — достаточно время от времени менять шины. В конце жизненного цикла, по крайней мере через 10 лет, вы можете обнаружить, что вам придется заменить батарею, что стоит дорого. Но на самом деле это единственная серьезная форма технического обслуживания, которую придется выполнять большинству владельцев электромобилей — и даже в этом случае только после многих лет владения автомобилем.

FCEV работают иначе, чем автомобили с ДВС и BEV. Они хранят водородное топливо в специальном баке, а затем соединяют водород с кислородом, создавая реакцию, которая приводит в действие электродвигатель автомобиля. Это по-прежнему требует меньше движущихся частей и большей простоты, чем автомобили с ДВС, и в результате они требуют гораздо меньшего обслуживания, чем автомобили с бензиновым двигателем, но у них действительно больше движущихся частей, чем у BEV, и поэтому они, вероятно, несут более высокие затраты на обслуживание. .

Как правило, владение FCEV обходится дороже. Водород намного дороже электричества, и вряд ли в ближайшее время ситуация изменится. У FCEV больше движущихся частей, требующих внимания, хотя у BEV большая батарея, которую, возможно, в конечном итоге придется заменить. Но BEV с лихвой компенсируют это более низкими затратами на заправку.

«Водород дорого производить, его трудно хранить, а инфраструктура практически отсутствует», — сказал Трой Фокс, соучредитель и управляющий директор Evergreen Electrical , поставщика домашних зарядных станций в Австралии. «Конечно, FCEV могут занять нишу в таких областях, как грузовые перевозки, где вам нужна быстрая и дальняя заправка, но для большинства из нас BEV просто имеют больше смысла».

Прогнозы

Toyota, возможно, вложила значительные средства в водородные автомобили, но все остальные крупные автопроизводители сделали другую ставку — на BEV. Конечный результат? Даже если бы FCEV были объективно лучше, им все равно предстояла серьезная тяжелая битва. Фактически, Toyota является прекрасным примером того, почему. Сделав большую ставку на водород, компания очень неохотно тратила средства на разработку электромобилей, и в результате, возможно, самый инновационный автопроизводитель середины 2000-х годов до сих пор сильно отстает в разработке электромобилей.

Остальные не хотят принимать такие решения. Учитывая, что миллиарды уже потрачены на производство и разработку электромобилей, создание все еще быстро растущих зарядных станций для электромобилей и маркетинг всего пакета, переход на FCEV будет чрезвычайно сложным. Все эти зарядные станции? Их снесут или переделают во что-нибудь другое. Да, Electrify America не захочет этого делать.

Таким образом, я не думаю, что FCEV станут массовыми в ближайшее время. Это тоже ситуация с курицей и яйцом: автопроизводители создают новые водородные автомобили или мы поддерживаем инфраструктуру, необходимую для их заправки? Это была проблема и для электромобилей, но с развитием инфраструктуры и новых моделей она находится на пути к полному решению. И даже без станций быстрой зарядки клиенты могли хотя бы заряжаться дома. Кроме того, есть тот факт, что зарядка электромобилей становится все быстрее и быстрее, а запас хода электромобилей становится все длиннее и длиннее.

Но хотя я не думаю, что мы увидим широкое распространение персональных FCEV в ближайшее время, возможно, на других рынках есть больше возможностей для водородной энергетики. Например, плотность водородного топлива делает его привлекательным вариантом для полуприцепов.

«Для коммерческих автомобилей, особенно средних и тяжелых, вес (и пространство) аккумуляторов может стать проблемой», — продолжил Ланди.

Еще более захватывающе? Перспектива использования водородного топлива в таких целях, как авиация, где такие компании, как Airbus, объявили о цели создания самолета с водородным двигателем к 2035 году и даже готовят экосистему для создания, транспортировки и доставки водородного топлива.

Кроме того, правительство тоже вмешивается, что может помочь сдвинуть дело с мертвой точки на FCEV. «Водородные автомобили только что начали медленнее в гонке за экологичность», — продолжил Гарсайд. «В 2023 году федеральное правительство выделило 7 миллиардов долларов в виде грантов на стимулирование производства и исследований водорода. Целью инициативы «Инвестирование в Америку» является создание семи региональных центров чистого водорода по всей стране».

Все это может измениться. Интересно, что BMW и Toyota недавно заключили альянс, направленный на разработку водородных автомобилей, и BMW заявляет, что ее первый FCEV будет выпущен в 2028 году. Однако еще неизвестно, действительно ли этот автомобиль вообще куда-нибудь пойдет. Я прогнозирую, что новые личные водородные автомобили на самом деле не будут продаваться, и что BMW действительно сотрудничает с Toyota из-за предосторожности и, возможно, в попытке работать над разработкой тяжелых автомобилей на топливных элементах.

Если это звучит так, будто я против FCEV, на самом деле это не так. Но я считаю себя реалистом, и после всех миллиардов долларов инвестиций в электромобили я не думаю, что в ближайшее время мы увидим еще один серьезный сдвиг.