Автомобили на водороде: между декарбонизацией и подготовкой к войне

В докладе американского Института экономики энергетики и финансового анализа (IEEFA) «Плохие новости для голубого водорода. Небольшой и сокращающийся рыночный потенциал автомобилей на водородных топливных элементах» доказывается абсолютная бесперспективность водородных двигателей даже для тяжелых грузовиков. Доклад прямо противоречит объявленным на СОР28 планам правительства РФ к 2030 году занять 20% мирового рынка низкоуглеродного водорода, потому что без водородных автомобилей (FCEV) этого рынка просто не будет (топить дома водородом невозможно). При этом в потоке материалов о водородных автомобилях полностью опущен важнейший вопрос об их военном применении. 

Материал подготовлен Институтом развития технологий ТЭК.

Министерство энергетики США (DOE) ведет переговоры с несколькими отобранными компаниями о создании региональных водородных центров, которые получают водород из метана, пишут авторы IEEFA. Эти проекты будут дорогостоящими, и их результатом, вероятно, станет существенная трата долларов налогоплательщиков для основанной на водороде масштабной экономики, которая никогда не наступит, утверждается в докладе.

По мнению авторов, электромобили (BEV) вполне могут вторгнуться на региональный рынок не только ближних, но и дальнемагистральных перевозок. Только 9% грузовых автомобилей в США задействованы в дальнемагистральных перевозках, определяемых DOE как перевозки грузов на расстояние более 250 миль, и в рамках этого сегмента еще меньшая часть приходится на поездки на расстояние 1000 миль или более.

Водородные проекты не пользуются популярностью. По состоянию на 2022 год объем частных инвестиций в разработку водорода был сравнительно невелик, тогда как финансирование проектов по ветроэнергетике и солнечной энергии увеличилось почти в 35 раз, а инвестиции в проекты по производству аккумуляторных батарей примерно в 8 раз, говорится в докладе.

МЭА в отчете World Energy Outlook 2023 отметило, что только по 4% объявленных проектов по производству водорода с низким уровнем выбросов приняты окончательные инвестиционные решение (FID), что, по мнению МЭА, «связано с неопределенностью в отношении будущей эволюции спроса, отсутствием ясности в отношении сертификации и регулирования, а также отсутствием доступной инфраструктуры для доставки водорода конечным пользователям».

FCEV потенциально конкурируют с BEV за обезуглероживание автомобильного транспорта — сектора, на долю которого приходится 29% выбросов парниковых газов в Соединенных Штатах, больше, чем на электроэнергетику или промышленность, и BEV вчистую выигрывает: за первые три квартала 2023 году продано 313 тыс. BEV и 950 штук FCEV. 

Общий объем продаж BEV и FCEV за первые три квартала 2023 года

ИРТТЭК вынужден здесь отметить, что популярность электромобилей в СМИ явно преувеличена. Институт приводит данные по продажам легких автомобилей в США с 2014 года. Гибриды, то есть автомобили, в которых есть ДВС, превышают продажи собственно BEV. Если бы потребители были озабочены «сокращением выбросов» и верили в светлое будущее электроколясок, они бы покупали подключаемые гибриды, в которых батареи побольше объемом и которые можно заряжать так же, как в BEV. Роль неподключаемых гибридов, в которых аккумулятор заряжается при торможении или от ДВС (сомнительное по энергоэффективности действие) − выглядеть «электромобилем» для поднятия социального статуса и проезда в зоны, закрытые для «автомобилей на бензине». В остальных случаях это обычный автомобиль с ДВС. 

У BEV есть перспективы стать нишевым продуктом после отмены льгот. Последняя новость про электромобили: половина дилеров Buick в США отказались инвестировать $300 тыс. (не очень большая сумма для автодилеров) в подготовку продаж электрических Buick, не веря в перспективы таких машин.

Продажи малотоннажных автомобилей в США в разбивке по силовым агрегатам, 2014-2023 гг., в процентах от общих продаж

Во всем мире доступны только две модели легковых автомобилей FCEV, по сравнению с более чем 350 моделями электромобилей с аккумуляторами и подключаемыми гибридами. За первые три квартала 2023 года примерно 94% продаж водородных автомобилей пришлось на Toyota Mirai, остальная часть приходится на Hyundai Nexo (внедорожник).

Проблемой для FCEV является стоимость водородного топлива. Цены на водородное топливо в крупнейшем калифорнийском розничном магазине водородного топлива True Zero поднялись с 13,15 $/кг в апреле 2021 года до 36 $/кг в сентябре 2023 года. Анализ показал, что сегодня ездить на Toyota Mirai в Калифорнии почти в 14 раз дороже, чем на аналогичном электромобиле Tesla, использующем общественные зарядные станции. 

В настоящее время в Соединенных Штатах расположено более чем в тысячу раз больше зарядных станций BEV, чем заправочных станций FCEV, а все из 58 общедоступных заправочных станций FCEV, кроме одной, находятся в Калифорнии. 

Частные зарядные станции для BEV уже установлены в 3817 местах (не включая зарядные устройства для жилых помещений) по сравнению со 131 заправочными станциями FCEV, большинство из которых предназначены для вилочных погрузчиков.

Отметим, что вилочные погрузчики на водороде много лет успешно эксплуатируются там, где использование аккумуляторных или бензиновых погрузчиков невозможно или неэффективно. 

В докладе приведены любопытные данные о мощности зарядных станций для электромобилей. Примерно 23% общественных аккумуляторных электростанций − это станции быстрой зарядки постоянным током, которые обычно обеспечивают достаточный заряд для проезда от 100 до 300 миль за 30 минут. Примерно 77% станций оснащены зарядными устройствами 2-го уровня, которые обычно обеспечивают заряд на 25 миль за каждый час зарядки (и в чем смысл таких станций – ехать со скоростью 25 миль в час (40 км в час)? – ИРТТЭК).

Авторы IEEFA уверены, что будущее за аккумуляторными грузовиками, при этом из-за их ограниченной дальности и грузоподъемности даже изменится структура перевозок − от дальнемагистральных перевозок операторы перейдут к системе склады-концентраторы, «втулка-спица» (hub-and-spoke). 

В докладе признается, что тяжелые грузовики на водороде могут составить заметную (порядка четверти) долю парка, но не достигнут паритета с дизельными грузовиками, если цены на экологически чистый водород не составят от 3 до 6,50 долларов за кг, а не от 9 до 11 долларов за кг, как ожидается к 2030 году. 

***

Комментарий ИРТТЭК. Реальная причина успеха BEV перед FCEV − существование развитой структуры передачи электроэнергии. Для внедрения водорода на транспорте придется создавать новую структуру распределения водородного топлива − третью дополнительную к энергосистеме и нефтепродуктовой системе. Сомнительно, что какая-либо экономика потянет такую нагрузку, хотя Европа строит грандиозные планы по строительству континентальной водородной сети. 

Между тем FCEV показывают неплохие эксплуатационные результаты. На 100 км пути Mirai требуется примерно один килограмм водорода. На 2019 год Toyota Mirai стоил $57 тыс., Tesla − от $45 тыс., электромобили от BMW − от $50 тыс. Ресурс водородной ячейки компания обещает в 250 тыс. км (гарантия Tesla 80 тыс. км). Обслуживание Mirai, утверждает компания, только чуть дороже обычного седана. Отзывы покупателей о Mirai на форумах самые благоприятные.

Хотя американцы доказывают бесперспективность водородных грузовиков, демонстрационные испытания тяжелого грузовика на топливных элементах начали японцы, а Bosch уже приступил к производству водородных топливных ячеек и планирует инвестировать в их технологии 2,5 млрд евро. Компания рассчитывает, что к 2030 году каждый пятый новый грузовик весом шесть тонн и более будет оснащен силовыми агрегатами на водородных топливных ячейках. Пилотным покупателем модулей предполагается дышащая на ладан Nikola (ее бывшего главу за обман инвесторов приговорили к 4 годам тюрьмы, а акции упали с вершины в 76 раз).

Рентабельность развертывания глобальной водородной сети сомнительна, но можно посмотреть на водородные автомобили с другой стороны − повышения обороноспособности. В настоящей (!) войне сразу же будут уничтожены системы энергоснабжения − трубопроводы (как минимум, перекачивающие станции), НПЗ, крупные нефтебазы, возможно разрушение подземных хранилищ газа (такие боеприпасы существуют). Шанс на продолжение сопротивления, выживание населения и послевоенное восстановление территории дает сохранение транспортной системы, которая может быть только автономной. 

В WWII применялись газогенераторные автомобили на дровах. 

Это чрезвычайно капризные машины, чувствительные к качеству дров и требующие не меньше получаса на начало движения. Водородные автомобили гораздо эффективнее.

Если принять план строительства водородного автотранспорта с точки зрения его использования в военное время, то строить надо не общегосударственную водородную сеть, а выпускать много устройств для производства водорода с использованием самых разных ресурсов: небольшие электролизеры, питающиеся от малых турбин (хоть на ручьях); установки производства водорода на угле, газе, дровах и другой органике; установки выработки водорода на других принципах, например, катализ на платине. При всей дороговизне развертывания системы водородного транспорта (автомобили и системы снабжения) как элемента обороноспособности государства, эта система может использоваться и в мирное время, что уменьшит ее бремя для экономики. 

Вполне возможно, что подобная точка зрения на водородный транспорт имеется в военных доктринах стран НАТО. При этом система энергоснабжения от ветряков и солнечных панелей также гораздо устойчивее во время войны, чем от газовых электростанций Центральной России, получающих газ за 3 тыс. км по уязвимым для бомб и диверсий трубопроводам.