Водородные технологии Toyota

Тойота: шаг в водородное будущее.

Когда мы говорим о водородных автомобилях, то сразу думаем о Toyota Mirai. Эта модель автомобиля идеально подходит на роль серийного первооткрывателя на современном авторынке. Но эта машина не отражает истинную приверженность компании Toyota водородным технологиям. Toyota развивает водородные технологии не только для легковых машин. Например, прямо сейчас японцы разрабатывают водородные технологии для грузовых автомобилей и не только.

Toyota хочет быть лидером в области электромобильности и экологических решений в автомобильной промышленности. Использование водорода является способом сделать автотранспорт с нулевым уровнем вредных выбросов. Также водородные технологии позволяют сделать процесс эксплуатации водородной машины совместимым с сегодняшними привычками водителей, пользующихся обычными автомобилями. Кроме того, использование водорода в автомобилях позволяет широко применять возобновляемые источники энергии и экологически чистые технологии.

Напомним, что Toyota в водородном автомобиле Mirai использует водород не для питания двигателя внутреннего сгорания, а для подзарядки встроенного в машину аккумулятора, который, в свою очередь, питает электродвигатель.

Эта технология более перспективна, чем использование водорода для питания традиционного двигателя внутреннего сгорания.

Использование аккумулятора, питающегося от водорода, позволяет внедрять подобную технологию практически в любое транспортное средство, начиная от мини-автомобиля и заканчивая огромными грузовиками, автобусами . и даже луноходами.

Водород эффективно ограничивает в городах загрязнение воздуха. Он также является отличным энергоносителем, например в производственных цехах, где работают транспортные грузовики.

Известно, что получение водорода не является сложной задачей, но требует много энергии. Toyota не просто первый в мире производитель серийных водородных автомобилей. Компания не ограничивается в этой сфере только созданием и продажами инновационных машин. Водородные технологии Toyota – это целая экосистема. Когда Toyota привезла модель Mirai в Канаду, вот что сказал представитель компании Мартин Гилберт:

Оказывается, потенциалом в производстве водорода обладает . Россия. Да-да, вы не ослышались. Именно Россия. В настоящее время в России производится не менее 2 млн тонн водорода – это побочный продукт на заводах по производству удобрений или на нефтеперерабатывающих заводах. Этим объемом водорода можно заправить более 10 млн автомобилей. Да, конечно, для того чтобы Россия стала мировым поставщиком водорода, необходимы огромные инвестиции и новые технологии, которые в условиях санкций являются большой роскошью.

Но инвестиции можно найти и внутри страны. К сожалению, без них никак. Ведь водород нужно очищать и правильно хранить.

Кстати, водород можно также добывать из угля. Технология газификации угля может сделать нас глобальным игроком на энергетическом рынке, «обойдя» этап рискованных атомных электростанций и энергии на основе нефти.

Так что у нашей страны есть потенциал стать мировым лидером по производству водорода.

Стоит отметить, что японская экономика уже переключается с атома на водород. В рамках этих мероприятий японцы импортируют водород из Австралии, где его получают из угля. Может быть, нашим властям пришла пора организовать переговоры с властями Японии с целью наладить поставки водорода в Страну восходящего солнца? Да и нам самим бы не прочь развивать водородные технологии, чтобы не отстать от других стран.

На сегодняшний день водородные технологии, разработанные компанией Toyota, признаны одними из самых безопасных в мире. Все технологии успешно прошли испытание временем на серийных автомобилях Toyota Mirai. В 2020 году уже дебютирует второе поколение Mirai с другим кузовом и миниатюрным приводом. Но главное – это увеличение запаса хода автомобиля на одном баке водорода, который должен составить до 1000 км!

Новое поколение Toyota Mirai может стать более массовым продуктом, чем сегодняшняя версия. Так, предполагаемый уровень производства новой модели должен составить 30 000 шт. в год.

С ростом же популярности водородных автомобилей цены на водород рано или поздно значительно упадут. Хотя уже сегодня водородная заправка в США стоит столько же, сколько езда на бензине. Также Toyota работает над новыми решениями. Например, специалисты компании разрабатывают так называемые «твердые батареи» – им не нужна жидкость для работы. Новые батареи должны стать более эффективными. Также они могут иметь различную форму, что позволит в будущем встраивать элементы питания в водородные автомобили во многие места, куда сегодня установить батарею невозможно.

В заключение вот краткий обзор водородных проектов, в которых участвует компания Toyota:

1. Водородный марсоход Toyota

Toyota и Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) подписали соглашение о сотрудничестве в области международного освоения космоса. На первом этапе JAXA и Toyota продолжат разработку совместного проекта пилотируемого водородного марсохода. Космический автомобиль Toyota рассчитан на двух человек, но в случае чрезвычайной ситуации он сможет разместить четырех пассажиров.

«Гравитация Луны составляет одну шестую гравитации Земли. Поверхность Луны – сложная область, полная кратеров, скал и холмов. Также на Луне трудные внешние условия, из-за радиации, температуры и очень тонкой атмосферы. Лунная транспортная концепция Toyota отвечает этим требованиям», – объясняет Коити Ваката, вице-президент JAXA.

Космический автомобиль, разработанный Toyota, может перемещаться по Луне с помощью автопилота. Ожидаемая (запланированная) дальность хода – 10 000 км.

Размеры пилотируемого вездехода: длина – 6 м, ширина – 5,2 м, высота – 3,8 м. Размер кабины для космонавтов составляет 13 м 3 . Благодаря оборудованию и герметичности лунохода космонавты смогут работать без скафандра.

2. Легковые водородные такси в Париже: их будет 600!

Toyota Mirai в качестве автомобилей такси работает в Париже с 2015 года. В настоящий момент в Париже используется 100 автомобилей. К концу 2020 года Toyota поставит в Париж еще 500 автомобилей. В Париже есть четыре водородные заправки. Пьер-Этьен Франк, вице-президент по водородной энергетике компании Air Liquide (производитель водорода), считает, что к 2020 году эти автомобили такси заметно улучшат воздух в Париже.

3. Водородные автобусы Toyota

Городской автобус Sora

Toyota прогнозирует, что перед Олимпийскими и Паралимпийскими играми в Токио в 2020 году в японских городах появится более 100 автобусов на базе водородных топливных элементов. Увеличение количества таких транспортных средств также повысит осведомленность граждан о водородных технологиях и их преимуществах.

Автобус SORA имеет 10 топливных водородных баков общей вместимостью 600 литров. Для привода используются два электродвигателя мощностью 154 л. с. Автобус также может служить резервным источником энергии. Например, он может обеспечить 235 кВтч электричества там, где в этом есть необходимость (например, на случай аварии в электросети).

Toyota также сделала технологию водородных топливных элементов доступной для португальского производителя автобусов Caetanobus.

4. Toyota разрабатывает технологию по добыче водорода

Toyota работает над устройством, которое будет производить водород из воздуха.

5. Toyota завоевывает новые рынки

Дебют в Канаде: 50 водородных автомобилей Toyota доставлены правительству Квебека.

6. Водородные фуры-грузовики Toyota

Грузовик Project Portal 2.0

Идеальное сочетание: классические формы американского грузовика и вода из выхлопных труб вместо выхлопных газов! Эксплуатационные испытания первого водородного большегрузного грузовика начались в апреле 2017 года. В настоящий момент грузовик в качестве испытаний работает в морском порту Лонг-Бич, штат Калифорния. Так что можно с уверенностью сказать, что водородная фура успешно прошла испытание.

Тем не менее Toyota уже доработала грузовик, увеличив ему дальность хода с 320 км до 480 км. Кстати, в порту Лонг-Бич и Лос-Анджелесе в настоящий момент работает более 16 000 грузовиков. Так что новые водородные фуры в порту будут способствовать значительному улучшению качества воздуха в этом районе. И первые заказы уже пошли. Toyota уже начала продавать водородные грузовики. Первые 10 автомобилей, работающие на водороде, будут построены на базе большегрузного автомобиля Kenworth T680s.

Водородная силовая установка грузовика выглядит примерно так же, как и обычный двигатель внутреннего сгорания. Но по технологиям у этих двигателей нет ничего общего. В силовую установку водородной фуры входят топливные элементы (водородные баки с водородом), электрический двигатель и аккумуляторы мощностью 12 кВтч. Мощность грузовика составляет 670 л. с., максимальный крутящий момент – 1800 Нм. Это достойные параметры для 36-тонного грузовика!

Места у водителя-дальнобойщика почти столько же, сколько и в классическом грузовике. Но в отличие от обычной фуры в водородной машине определенно меньше шума в салоне.

Водород против электричества. Как японцы стали врагами Илона Маска

Уже через три года, к 2020 г., на дорогах Японии будет около 40 тыс. легковых автомобилей и автобусов на водородных топливных батареях. К 2025 г. число зарегистрированных в стране машин, работающих на водороде, предполагается довести до 200 тыс., а к 2030 г. — до 800 тыс. «Наша цель — первыми в мире построить общество, основанное на использовании водорода», — отметил премьер-министр Японии Синдзо Абэ на совещании по проблемам новой энергетики в Токио. Абэ уверен, что постепенный переход на экологически чистые топливные батареи на основе водорода позволит со временем полностью отказаться от использования нефти и природного газа в качестве топлива.

Стратегия перехода на водородный транспорт должна быть разработана до конца этого года. Поставлена цель более чем втрое снизить цены на автомобили, работающие на водороде, — примерно до $18 тыс. Кроме того, планируется к 2025 г. построить сеть из 320 водородных заправочных станций, в основном в крупных городах.

Японское правительство обещает, что предстоящую летнюю Олимпиаду-2020 в Токио будут обслуживать автомобили только на водороде. Муниципальное правительство Токио тоже объявило о крупных планах развития водородной энергетики перед Олимпиадой. Оно планирует к 2020 г. построить в столичном регионе 35 водородных заправок. Это позволит добраться до ближайшей заправки в течение 15 мин. от большинства мест в Токио.

Всемирный водородный заговор

В деле внедрения водородного транспорта Япония не будет белой вороной. В январе об инвестировании 10 млрд евро в развитие и продвижение водородной энергетики договорились 13 компаний-гигантов. В их числе всемирно известные представители автомобилестроительной отрасли Toyota Motor, BMW, Daimler, Honda Motor и Hyundai Motor, нефтяные и газовые компании Royal Dutch Shell, Total, Air Liquide и Linde, горнодобывающая Anglo American, электрическая Engie, железнодорожная компания Alstom и производитель мотоциклов и тяжелой техники Kawasaki Heavy Industries.

Чтобы эффективно агитировать другие компании последовать их примеру, создан специальный совет Hydrogen Council. Нефтяные и газовые компании, которые решат присоединиться к продвижению водорода, консорциум собирается щедро поощрять деньгами. Представители новой организации будут работать и с правительствами стран, убеждая их в необходимости развития новой инфраструктуры и внесения изменений в законодательство.

Через две недели после этого заявления стало известно о его первых плодах. General Motors и Honda решили совместно производить водородные топливные элементы. Каждая компания инвестирует по $85 млн в строительство и оборудование фабрики в Мичигане, которая начнет работу в 2020 г.

Японская компания имеет большие планы на американский рынок. Полгода назад Honda заявила, что готовящийся к выпуску седан Clarity, работающий на водороде, будет обладать запасом хода в 590 км. Агентством по охране окружающей среды США этот показатель признан лучшим среди всех других автомобилей, не использующих двигатель внутреннего сгорания, включая и электрические автомобили. На новой модели условный расход топлива, эквивалентный работе двигателя внутреннего сгорания, составляет 0,9 л на 100 км.

Понятно, что Honda Clarity Fuel Cell будет продаваться лишь там, где для заправки автомобиля есть необходимая инфраструктура. Поэтому компания прилагает все усилия, чтобы расширить сеть водородных станций, и обещает добиться, чтобы владение водородным автомобилем стало таким же удобным, как и владение автомобилем с бензиновым мотором.

«Мало того что Clarity вмещает пять пассажиров и заправляется в течение трех-пяти минут, эта модель имеет запас хода на уровне автомобилей с бензиновым двигателем», — подчеркивает вице-президент по развитию экологического бизнеса Honda Стив Центер. По его словам, благодаря возможности дальней поездки, растущей сети водородных станций и быстрому времени заправки Clarity перестанет быть машиной из области научной фантастики.

Стоимость автомобиля в США составит от $60 тысяч. Первое время компания намерена сдавать автомобили в аренду с месячной платой менее $500. Возможно, запуск фабрики по производству топливных элементов в Мичигане позволит снизить себестоимость, а следовательно, и цену машины.

Конкуренция заправок

Легковыми авто на водороде занимается много компаний. Уже появились и модели водородных грузовиков. В конце прошлого года американский стартап Nikola Motor, базирующийся в штате Юта, представил седельный тягач Nikola One, работающий на водородном топливе. Новинка относится к классу тягачей, предназначенных для перевозки больших грузов, и обещает запас хода 1300–1900 км между заправками. Это очень много не только по украинским меркам (территория Украины вытянута с запада на восток на 1316 км), но и по американским.

Помимо Nikola One был представлен Nikola Two — более компактный и маневренный грузовик, обладающий тем же запасом хода. Компания пока не решила, где именно будет собирать свои грузовики, цена на них тоже пока не сообщается. Однако на сайте Nikola Motor уже можно оформить предзаказ.

Компания планирует наладить массовый выпуск своих тягачей в 2020 г. А до того обещает построить на территории США и Канады множество заправочных водородных станций. Без них будет совершенно неважно, насколько эффективны грузовики Nikola.

Чтобы завлечь покупателей, компания объявила, что обеспечит им бесплатное водородное топливо на расстояние до 1,6 млн км. То есть на тысячу поездок по 1600 км. Также Nikola Motor обещает, что навигационная система ее грузовиков будет выбирать наиболее оптимальные маршруты между точками назначений. Техобслуживанием авто будет заниматься Ryder System, имеющая более 800 СТО в США и Канаде.

Для производства водорода Nikola Motor намерена построить солнечные фермы, где с помощью солнечной энергии вода будет разлагаться на водород и кислород. Таким образом, это будет абсолютно чистый вид транспорта с точки зрения экологии. Водород будет храниться на станциях Nikola в жидком виде, а затем подаваться в транспортные средства в виде сжатого или жидкого водорода. «Вертикальная интеграция снизит рыночную неопределенность, позволит Nikola контролировать цены на топливо и удерживать их на низком уровне для клиентов Nikola», — надеется компания.

Не исключено, что сети водородных заправок, созданные различными фирмами, будут отличаться друг от друга заправочными устройствами, так что автомобили и заправки разных фирм будут несовместимы технологически. Но и в этом случае цена на топливо будет важным фактором конкуренции между заправилами водородного мира.

За автомобилями — самолеты

В водородную гонку включились и авиастроители. Тут есть своя особенность: в отличие от большинства обычных самолетов, которые используют крылья для хранения топлива, водородные летательные аппараты обычно проектируются с размещением жидкого водородного топлива внутри фюзеляжа, чтобы минимизировать площадь поверхности и уменьшить испарение.

Первый запуск самолета с силовой установкой на водородных топливных элементах состоялся еще в апреле 2008 г. Провела его американская компания Boeing. В Европе пальму первенства держит словенская компания Pipistrel. В сентябре 2016 г. она произвела в Германии в аэропорту Штутгарта успешный запуск самолета HY4. Компания подчеркивает, что это первый в мире четырехместный пассажирский самолет, оснащенный двигателем с водородным топливным элементом с нулевым уровнем выбросов.

HY4 совершил 15-минутный демонстрационный полет над общественностью и средствами массовой информации. На этот период аэропорт остановил прием-отправку всех прочих самолетов, дабы зрители могли удостовериться, что полет HY4 почти полностью бесшумен. На испытании присутствовала представитель Словении в Еврокомиссии — еврокомиссар по вопросам транспорта Виолета Булк. «Я горжусь тем, что европейские исследователи и производители запускают этот самолет на водородном топливе. Еврокомиссия решительно поддерживает такие инициативы, которые полностью соответствуют нашей новой стратегии мобильности с низким уровнем выбросов. ЕС продолжит поддерживать такие инициативы, чтобы продвигать инновации вперед», — заявила еврокомиссар.

А в январе 2017 г. стало известно об успешном полете первой модели китайского самолета на водородных топливных элементах. Полет состоялся близ города Шэньян в северо-восточной провинции Ляонин. В ходе испытаний двухместный самолет поднялся на высоту в 320 м. Как отмечают инженеры, наблюдавшие за полетом, двигатель продемонстрировал стабильную бесперебойную работу при температуре окружающей среды ‑20°C.

Разработан самолет конструкторами Даляньского бюро химических исследований Академии наук Китая совместно со специалистами Ляонинского авиационного научно-исследовательского института. За основу конструкции был взят летательный аппарат RX1E с электродвигателем. Изобретателям удалось внести в конструкцию изменения, которые позволили заменить электродвигатель аналогом на водородном топливе. Кроме того, самолет оснащен и несколькими аккумуляторами, которые заряжаются во время полета. По утверждению Министерства науки и технологий КНР, производительность, безопасность и надежность воздушного судна, а также экологическая адаптивность системы топливных элементов отвечают техническим требованиям во время полета.

Война технологий

Любая инновация требует затрат на внедрение. Объявленные правительством Японии планы перевести весь автотранспорт в стране на водород означают, что немалую часть необходимых затрат (в частности, на создание сети заправок) возьмут на себя центральные и местные власти. Это станет мощной поддержкой для японских компаний и облегчит им продвижение своих водородных авто не только на японском, но и на американском и европейском рынках. Наращивание производства позволит снижать цену, а значит, и увеличивать продажи — как авто, так и топлива.

В то же время это облегчит задачу международному консорциуму Hydrogen Council, лоббирующему развитие водородной энергетики на всей планете. Фактически автомобилестроительная отрасль в мировом масштабе втягивается в водородную гонку по принципу «кто промедлил, тот проиграл».

Лоббистские возможности Hydrogen Council подкреплены экологическими аргументами. Водородный топливный элемент вырабатывает электроэнергию благодаря реакции водорода с атмосферным кислородом, в результате которой в атмосферу выделяется лишь безвредный водяной пар. Навсегда избавить городской воздух от смрадных выхлопных газов — это слишком удачный лозунг, чтобы от него отмахнулась какая-либо партия.

Но под тем же лозунгом выступает еще одна технология — электромобилей на аккумуляторах. И у нее тоже есть могучие защитники, например, Илон Маск со своей Tesla. Между приверженцами двух технологий идет настоящая информационная война, а теперь она еще более обострится.

Можно было бы долго приводить аргументы обеих сторон — и по экологической эффективности (при различных технологиях производства водорода и аккумуляторов), и по цене и удобству (с учетом затрат денег и времени на заправку или зарядку, а также сравнивая густоту сети заправочных и зарядных станций). Однако сейчас, похоже, дело движется к тому, что решающее значение будут иметь уже не все эти аргументы, а лоббистские возможности обеих сторон и политические соображения властей различных стран. Примером этого уже является Япония.

Вполне возможно, что через несколько лет политические партии во многих западных странах поделятся на водородные и аккумуляторные. У нас — тоже, но позже. Сначала нашему рынку предстоит долго и нудно переваривать бэушные бензиновые автомобили, от которых будут избавляться европейцы.

Водородный конкурент дизель-поездов

Переход на водород возможен также и на железнодорожном транспорте. Еще в 2006 г. японская компания

провела первые испытания грузового поезда на водороде. В 2015 г. в Китае был представлен первый

, а в сентябре прошлого года в Берлине показали первый в мире

на водородном топливе. Разработку поезда Coradia iLint в течение двух лет вела французская компания Alstom.

Бак с водородом располагается на крыше поезда и обеспечивает работу топливного элемента, а тот, в свою очередь, производит электроэнергию. Полного бака должно хватить, чтобы проехать расстояние в 600-800 км. Можно надеяться, что водородным поездам, в отличие от водородных автомобилей, не придется столкнуться с проблемой нехватки заправочных станций.

Ожидается, что первый поезд начнет курсировать с декабря 2017 г. на одной из железнодорожных веток в Нижней Саксонии. В дальнейшем планируют внедрить инновационную разработку в свою систему железнодорожного транспорта власти земель Баден-Вюртемберг, Гессен и Северный Рейн-Вестфалия. Интерес к Coradia iLint также выразили в Нидерландах, Дании и Норвегии.

Стоимость водородного поезда не сообщается, но известно, что она выше, чем у обычных дизельных аналогов. Зато у Coradia iLint есть такое преимущество, как тихая работа двигателя. Даже при максимальной скорости в 140 км/ч шум производят только колеса и сопротивление воздуха при движении.

Источник http://1gai.ru/publ/522442-vodorodnye-tehnologii-toyota.html
Источник Источник http://www.dsnews.ua/future/yaponskiy-pochin-reshenie-tokio-mozhet-vyzvat-avtomobilnye-25042017220000