Электромобили с аккумулятором против электромобилей на топливных элементах: может ли водородный двигатель стать источником энергии для вашего следующего автомобиля?

Как опытный автомобильный журналист с более чем двадцатилетним опытом работы за плечами, я был свидетелем приливов и отливов технологических достижений в автомобильной промышленности. Я видел все: от появления гибридных автомобилей до появления электромобилей (EV).


Без сомнения, электромобили с аккумуляторной батареей (BEV) на данный момент лидируют по объемам продаж. На рынке вы найдете множество моделей BEV и все больше зарядных станций. Однако важно отметить, что на данный момент у нас недостаточно зарядных станций.

Но хотя BEV являются очевидным выбором на данный момент, все еще ведется множество 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. .

Онлайн-дискуссии о FCEV и BEV иногда могут стать весьма страстными. Некоторые люди рассматривают электромобили на топливных элементах как многообещающее решение не только из-за их удобства, но и потому, что они могут решить некоторые экологические проблемы, связанные с производством электромобилей с аккумуляторами. Однако другие не решаются так быстро внедрять другую технологию, предпочитая вместо этого улучшать и развивать модель с батарейным питанием, которая со временем завоевала значительную популярность.

Для тех, кто не знаком с этой концепцией, автомобили с водородным двигателем, как можно догадаться по названию, работают путем преобразования водорода в электричество. Вождение во многом похоже на заправку бензобака на заправке, только вместо бензина вы используете сжатый водород в жидкой форме. Эта горючая жидкость смешивается с кислородом воздуха в топливном элементе для выработки электроэнергии. Единственными выходами этого процесса являются тепло и вода, поэтому вашему автомобилю придется время от времени останавливаться, чтобы «сходить в туалет». Имейте в виду, что в этом сценарии предполагается, что все работает правильно, но позже мы углубимся в этот аспект.

Удобство превыше всего

Сторонники водородных транспортных средств утверждают, что удобство является ключевым преимуществом, учитывая зачастую неоптимальный опыт зарядки электромобилей (EV). Хотя технология зарядки электромобилей совершенствуется, для полной зарядки электромобиля обычно требуется не менее 20 минут, даже на станции быстрой зарядки. Это значительно дольше, чем заправить бензобак всего за пару минут по дороге с работы домой.

Стоит отметить, что процесс заправки электромобиля на водородных топливных элементах (FCEV) аналогичен процессу заправки традиционного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Однако важно признать, что, как отметили многочисленные журналисты в недавних дискуссиях, опыт дозаправки FCEV может быть проблематичным. Это связано с ограниченным количеством доступных водородных заправочных станций – в настоящее время, по данным Министерства энергетики на 2023 год, их будет всего около 50 по всей стране. Кроме того, эти станции часто сталкиваются с проблемами в эксплуатации. Важно отметить, что станции зарядки электромобилей сталкиваются с аналогичными проблемами с доступностью, но их значительно больше по сравнению с водородными заправочными станциями.

Электромобили с аккумулятором против электромобилей на топливных элементах: может ли водородный двигатель стать источником энергии для вашего следующего автомобиля?

По словам Кэт Гарсайд, редактора Integrity Energy, предприятия и домовладельцы могут получить выгоду от электромобилей (BEV) не только из-за потребительского интереса, но и из-за надежной инфраструктуры зарядки по всей территории США. или станции быстрой зарядки постоянного тока для электромобилей по всей стране. Более того, федеральное правительство выделило 50 миллионов долларов на повышение доступности этих общественных зарядных станций.

Представьте на мгновение, что у нас есть столько же заправочных станций для электромобилей на водородных топливных элементах (FCEV), сколько и зарядных станций для электромобилей (EV), и если бы эквивалентное количество функционировало правильно, заправка FCEV была бы значительно удобнее на общественной станции. . Это связано с тем, что это займет всего несколько минут, что уменьшит перегруженность этих станций, и даже если бы каждая станция была занята, вам, вероятно, не пришлось бы долго ждать, пока одна из них станет доступной. Однако этот сценарий существенно отличается от нынешней реальности. В настоящее время таких станций очень мало, и, как всегда, надежность остается проблемой.

Однако я отметил, что заправка FCEV более практична на «общественной станции» из-за одного значительного преимущества зарядки BEV: возможность для многих водителей заряжаться дома. Это значительно удобнее, чем ежедневная заправка FCEV, поскольку для этого не нужно выходить из дома. Вместо этого вы просто подключаете его, когда приходите домой.

На данный момент, как правило, электромобили на топливных элементах (FCEV), как правило, обеспечивают большую дальность поездки по сравнению с большинством аккумуляторных электромобилей (BEV), достигая примерно 400 миль. Хотя это не является существенным отличием от BEV, которые обычно преодолевают расстояние около 300 миль, это все же является небольшим преимуществом с точки зрения дальности полета.

Электромобили с аккумулятором против электромобилей на топливных элементах: может ли водородный двигатель стать источником энергии для вашего следующего автомобиля?

По словам Андреа Ланди, основателя Landi Technologies — компании, занимающейся экологически чистыми технологиями и специализирующейся на энергетических решениях, — FCEV (электрические транспортные средства на топливных элементах) предлагают несколько преимуществ: они имеют больший запас хода, время заправки, сравнимое с бензиновыми автомобилями, улучшенные характеристики и долговечность, которые могут прослужат 20 и более лет; Что отличает их, особенно для тяжелых условий эксплуатации, так это отсутствие веса, свойственного батареям.

Как исследователь, я обнаружил, что водород по сравнению с современной аккумуляторной технологией обеспечивает значительно более высокую плотность энергии, что теоретически должно привести к расширению запаса хода для потребителей. Однако реальность совсем другая. Основное препятствие заключается в тяжелом оборудовании, необходимом для хранения водорода, таком как резервуары высокого давления, что значительно увеличивает вес электромобилей на топливных элементах (FCEV). Следовательно, хотя водород сам по себе имеет более высокую плотность энергии, FCEV в настоящее время не могут в полной мере воспользоваться этим преимуществом, в результате чего запас хода не сильно отличается от запаса хода у других транспортных средств.

Как аналитик, я бы перефразировал это утверждение следующим образом: с точки зрения удобства, особенно в холодную погоду, электромобили на топливных элементах (FCEV) имеют преимущество перед электромобилями с аккумуляторными батареями (BEV). Запас хода и скорость зарядки электромобилей имеют тенденцию уменьшаться в более холодном климате, в то время как электромобили FCEV функционируют оптимально даже в самых суровых зимних условиях, сохраняя свою эффективность без каких-либо значительных падений.

Во время написания этой статьи меня заинтересовала концепция — точнее, электрогибридный автомобиль. Один оснащен аккумулятором для коротких поездок и баком с водородом для длительных путешествий. Однако давайте теперь вернемся в нужное русло.

Что на самом деле более эффективно?

Когда речь идет об эффективности, выходящей за рамки простоты, может быть сложно определить, какой из электромобилей (EV) и традиционных автомобилей с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) является более эффективным. Однако в сфере энергопотребления исследования показывают, что, хотя производство аккумуляторов для электромобилей изначально делает их менее эффективными, чем автомобили с ДВС, через несколько лет электромобилям удается превзойти своих аналогов с точки зрения эффективности.

Однако когда дело доходит до электромобилей (EV) и электромобилей на топливных элементах (FCEV), данных для сравнения не так много. Поскольку ни один из этих типов транспортных средств не производит напрямую парниковые газы, нам приходится сосредоточиться на более сложных аспектах, таких как производство транспортных средств, а также производство и транспортировка соответствующего топлива. Эти факторы можно разделить на две основные области: производство транспортных средств и производство (и распределение) топлива.

Электромобили с аккумулятором против электромобилей на топливных элементах: может ли водородный двигатель стать источником энергии для вашего следующего автомобиля?

В целом, производство электромобилей на топливных элементах (FCEV), как правило, производит меньше выбросов по сравнению с электромобилями (EV). Основной причиной этого является аккумулятор, используемый в электромобилях, который требует сложных производственных процессов и часто содержит редкие металлы, которые необходимо добывать и транспортировать. У FCEV тоже есть аккумулятор, но он намного меньше, и его производство генерирует меньше выбросов.

В настоящее время зарядка электромобилей (EV) предлагает более экологичный вариант по сравнению с традиционными транспортными средствами. Хотя электромобили могут различаться по степени чистоты в зависимости от источника энергии, электросеть США становится все более чище. Кроме того, многие водители выбирают солнечную энергию для зарядки своих автомобилей. Напротив, производство водородного топлива в США в основном зависит от природного газа, что приводит к менее экологически чистому методу, поскольку этот процесс генерирует выбросы CO2, на которые приходится около 95% производимого водородного топлива.

Если электромобили на топливных элементах (FCEV) получат широкую популярность, ожидается, что производство водорода станет более экологически чистым. Одним из методов производства водорода является электролиз, при котором электрический ток пропускают через воду, которая сама по себе не выделяет никаких загрязняющих веществ. Однако электричество, используемое в этом процессе, может быть произведено за счет выбросов парниковых газов, и кажется несколько неэффективным использовать электричество для производства водорода, а затем использовать этот водород для выработки электроэнергии для автомобиля, а не просто заряжать автомобиль напрямую электричеством.

Подводя итог, можно сказать, что некоторые растительные вещества и отходы могут генерировать водород, причем первоначальные попытки использовать этот потенциал из свалок и сточных вод уже предпринимаются, хотя и все еще находятся на предварительных этапах разработки.

А как насчет стоимости владения?

Как аналитик, я нахожу этот конкретный вопрос довольно сложным. Высокая стоимость водородного топлива обусловлена ​​преимущественно нехваткой электромобилей на топливных элементах (FCEV) на рынке, что приводит к минимальному производству водородного топлива для потребителей. В настоящее время заправка бака может обойтись вам в несколько сотен долларов, что значительно больше, чем зарядка электромобиля. Однако если FCEV получат более широкое признание, этот сценарий может кардинально измениться.

Электромобили с аккумулятором против электромобилей на топливных элементах: может ли водородный двигатель стать источником энергии для вашего следующего автомобиля?

Как исследователь, изучающий мир электромобилей (EV), я могу засвидетельствовать, что эти автомобили экономичны с точки зрения затрат на техническое обслуживание. В отличие от традиционных автомобилей с бензиновым двигателем, электромобили не имеют двигателя и имеют минимальное количество движущихся компонентов, в первую очередь оси и колеса, приводимые в движение электродвигателями. Следовательно, они не требуют замены масла или технического обслуживания двигателя, что делает их экономически эффективными с течением времени. Однако примерно через десять лет или больше вы можете столкнуться с необходимостью замены аккумулятора, что может оказаться дорогостоящим. Тем не менее, это, пожалуй, единственная существенная форма обслуживания, которую большинство владельцев электромобилей будут испытывать на протяжении всего срока службы своего автомобиля, и даже тогда это происходит только после многих лет владения.

Как водитель FCEV, я могу сказать вам, что в отличие от традиционных автомобилей с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) или аккумуляторных электромобилей (BEV), моя машина работает по-другому. Вместо бензина или дизельного топлива он хранит водородное топливо в специальном баке. Затем этот водород соединяется с кислородом, вызывая электрическую реакцию, которая приводит в действие двигатель, что делает его более простым и требует меньше движущихся частей, чем автомобили с ДВС.

Вообще говоря, электромобили на топливных элементах (FCEV), как правило, дороже с точки зрения владения из-за высокой стоимости водорода по сравнению с электричеством. В ближайшее время эти расходы вряд ли существенно снизятся. Более того, FCEV содержат более сложные компоненты, требующие регулярного технического обслуживания, в то время как электромобилям с аккумуляторной батареей (BEV), с другой стороны, со временем может потребоваться новая батарея. Однако BEV компенсируют это меньшими расходами на заправку.

Электромобили с аккумулятором против электромобилей на топливных элементах: может ли водородный двигатель стать источником энергии для вашего следующего автомобиля?

Трой Фокс, соучредитель и главный менеджер Evergreen Electrical – компании, предлагающей домашние зарядные станции в Австралии, – заявил: «Производство водорода обходится дорого, его сложно экономить, а у нас почти нет необходимых мощностей». Далее он добавил: «Электрические транспортные средства на топливных элементах (FCEV) могут найти свое место в таких отраслях, как грузовые перевозки, требующие поездок на большие расстояния и быстрой дозаправки, но для большинства электромобили (BEV) кажутся более практичным выбором.

Прогнозы

Несмотря на значительные инвестиции Toyota в водородные автомобили, другие крупные автопроизводители выбрали другую стратегию — электромобили (BEV). Следовательно, даже если бы электромобили на топливных элементах (FCEV) были лучше, им пришлось бы столкнуться с трудным подъемом вперед. По сути, Toyota служит примером решения этой дилеммы. Сделав большую ставку на водород, компания не хотела инвестировать в разработку электромобилей, что привело к тому, что компания, которую в середине 2000-х годов считали высокоинновационной, сегодня значительно отстает в технологиях электромобилей.

Как исследователь, углубляющийся в эту тему, я сталкиваюсь с потенциальными сложностями перехода от электромобилей (EV) к электромобилям на топливных элементах (FCEV). Учитывая значительные ресурсы, уже вложенные в производство и разработку электромобилей, растущую инфраструктуру для зарядных станций для электромобилей и маркетинговые усилия, связанные с этими инициативами, такой переход кажется сложной задачей.

Кажется маловероятным, что электромобили на топливных элементах (FCEV) получат широкое распространение в ближайшем будущем из-за сценария «уловки-22»: автопроизводители не решаются производить новые водородные автомобили без достаточной инфраструктуры заправки, в то время как отсутствие такой инфраструктуры затрудняет оправдать их производство. С этой дилеммой столкнулись и электромобили (EV), но прогресс достигается благодаря расширению зарядных станций и внедрению новых моделей, которые постепенно решают эту проблему. Даже без высокоскоростных зарядных станций домашняя зарядка по-прежнему остается для клиентов возможностью. Кроме того, время зарядки электромобилей сокращается, а запас хода электромобилей увеличивается.

Хотя кажется маловероятным, что мы станем свидетелями широкого использования личных электромобилей на топливных элементах (FCEV) в ближайшем будущем, у водородной энергетики может быть больший потенциал в других секторах. Учитывая высокую плотность энергии, водород является привлекательным выбором для тяжелых транспортных средств, таких как, например, полуприцепы.

Ланди отметил, что для коммерческих автомобилей, особенно средних и тяжелых, размер и вес аккумуляторов иногда могут представлять собой проблему.

Электромобили с аккумулятором против электромобилей на топливных элементах: может ли водородный двигатель стать источником энергии для вашего следующего автомобиля?

Ожидания растут, поскольку мы рассматриваем потенциал водородного топлива для прогресса в таких секторах, как авиация, при этом такие компании, как Airbus, стремятся построить самолет с водородным двигателем к 2035 году и активно формируют инфраструктуру, необходимую для производства, транспортировки и распределения водорода. топливо.

Правительство также планирует принять меры, потенциально положив начало развитию FCEV (электрических транспортных средств на топливных элементах). Гарсайд добавил, что водородные автомобили отстают в конкурентной борьбе за экологичность. В 2023 году федеральное правительство выделило гранты в размере 7 миллиардов долларов на стимулирование производства водорода и исследований в рамках своей инициативы «Инвестиции в Америку». Целью является создание семи региональных центров чистого водорода по всей стране.

Текущая ситуация может измениться. Примечательно, что BMW и Toyota сформировали партнерство, ориентированное на производство водородных автомобилей, причем BMW планирует выпустить свой первый FCEV в 2028 году. Однако остается неясным, окажется ли этот автомобиль практичным. Я подозреваю, что отдельные водородные автомобили могут не найти много покупателей. Вместо этого я считаю, что BMW сотрудничает с Toyota, чтобы обеспечить безопасность и, возможно, более эффективно разрабатывать сверхмощные автомобили на топливных элементах.

Чтобы уточнить: если мои заявления кажутся критическими в отношении электромобилей на топливных элементах (FCEV), это не мое намерение. Вместо этого я предпочитаю сохранять реалистичную точку зрения. Учитывая огромные финансовые инвестиции в электромобили (EV), я не предвижу, что в ближайшее время произойдет еще одно существенное изменение.

Смотрите также

2024-09-12 00:27