Hyundai выпустил первый в мире массовый грузовик на водороде
Компания Hyundai объявила о начале европейских поставок модели Xcient — первого в мире тяжелого грузовика с силовой установкой на водородных топливных элементах. Первые семь автомобилей были переданы клиентам в Швейцарии.
Hyundai Xcient длиной 9475 мм оснащен водородной силовой установкой с двумя тяговыми аккумуляторами на топливных элементах, каждый из которых развивает 95 киловатт (129 л.с.). Грузовик укомплектован семью топливными баками, которые в сумме способны вместить до 32 кг сжиженного водорода. Запас хода автомобиля составляет порядка 400 км, а на дозаправку потребуется от 8 до 20 минут.
До конца года Hyundai привезет около 50 грузовиков Xcient в Швейцарию, где южнокорейская компания намерена в ближайшем времени установить 100 новых водородных заправочных станций. К 2025 году корейцы рассчитывают продать в Европе не менее 1600 таких автомобилей. Затем поставки организуют на других рынках, включая Китай и США.
Ранее концерн Daimler представил модель Mercedes-Benz GenH2, которая стала первым грузовиком немецкой марки с силовой установкой на водородных топливных элементах. Предполагается, что автомобиль грузоподъемностью 25 тонн сможет проезжать без дозаправки до 1000 километров. При этом пока грузовик существует только в виде концепта, а его серийное производство начнется не ранее 2035 года.
Кроме того, разработку водородных тягачей ведет компания Toyota, которая в 2017 году представила прототип с силовыми агрегатами суммарной мощностью 670 л.с., в которых использовали технологии серийного легкового автомобиля Mirai.
Грузовой автотранспорт на водородном топливе
Серию статей о городском автотранспорте с нулевым выхлопом (Zero)* в последние месяцы журнал представил с каталожной дотошностью. Автобусы слишком локальны, и они хорошо годятся для экспериментов с альтернативным топливом. А вот в сфере грузоперевозок применение электричеству найти сложнее, поскольку требуется жёсткая локация.
В авангарде коммерческого автотранспорта сейчас сформировалось пять разновекторных тенденций, которые можно разбить по классам экологической гигиены. На первом месте – использование водорода. На втором – движение грузовиков по троллейным путям с питанием от воздушной контактной сети. А напоследок конечно же следует выделить аккумуляторные грузовики, без которых уже ни один выпуск новостей не обходится.
К относительно чистым и возобновляемому виду топлива относятся спиртовое топливо и биогаз, получаемые из продуктов растениеводства. К самому грязному можно отнести природный газ в любом, сжатом компримированном или сжиженном виде.
Другие общемировые тенденции в виде беспилотных и автопилотных систем (это диаметрально противоположные меры) стоят особняком, поскольку они относятся к развитию интеллектуальных форм транспорта и выезжают за рамки нашей темы – использования или преобразования вида энергии.
Мировой автомобильный заговор?
Углерод, он же carbon, стал основой экономики ХХ столетия и его кровью. Человечество наблюдает далеко не первую волну декарбонизации (т.е. запрета или ограничения углеводородного топлива). Было как минимум три волны и каждый раз они сопровождались кризисами в топливно-энергетической сфере. Но только сейчас она стала идеей-фикс в Европе, ЮВА и Америке уже на фоне стремления к экологической чистоте.
Согласно планам, Германия на развитие водородного транспорта выделяет субсидии в объёме 1,25 млрд евро, Франция – 960 млн, Италия – 570, Польша – 240, Бельгия – 80, Швеция – 50 и Финляндия – 30 млн евро. Брюссель рассчитывает и на привлечение частных инвестиций в объёме 5 млрд евро. Производство батарей в Европе будет осуществляться совместными силами по модели европейского авиастроительного концерна Airbus.
Япония является одним из мировых лидеров в сфере водородного производства. В 2016-м был утверждён план постепенного перехода на водород, а в марте 2020-го там открыли один из крупнейших заводов. Сейчас Страна восходящего солнца активно импортирует водород из России, Китая и Брунея.
Программа перехода к «водородному обществу», утверждённая в Южной Корее позволила запустить производство водородных поездов. Аналогичные поезда уже курсируют в Германии, Нидерландах, а в скором будущем АО «Трансмашхолдинг» в кооперации с «Росатомом» планирует запустить водородные локомотивы на Сахалине. То есть видно, что местные грузоперевозки являются лучшим полигоном.
Но попутно обывателям приходится объяснять, откуда в мире у сотен тысяч предпринимателей, частных инвесторов, законодателей и членов правительств возникло желание пересадить всех на электромобили или водород. Это действительно заговор?
Многие страны слишком зависимы от контрактных энергопоставок, где задействовано свыше 200 глобальных участников. В Европе слишком сильны институты политического влияния, которые формируются вокруг злободневных повесток дня. Если цена на газ и нефть в экономике продолжает манипулировать политикой, то не следует ли выйти из этого клуба шулеров? Но даже высокая стоимость водорода в странах золотого миллиарда является оправданной ценой, для перехода на экологически чистый вид топлива.
Стандарты европейского суперальянса
В предписаниях нормативов ЕС прописаны не только снижение расхода углеводородного топлива, но и отказ от него. У автопроизводителей есть ещё 5 лет, а в 2025 году вступит в силу первый пакет стандартов ЕС, сильно ограничивающий выбросы CO2. Так что действовать приходится стремительно.
Чтобы распределить усилия и финансирование новых разработок в автомобильном мире начали формироваться необычные альянсы. Недавним примером стала коалиция автоконцернов Daimler Truck AG и Volvo Group. Владельцы таких брендов, как Mercedes-Benz, Freightliner, Western Star, Mitsubishi Fuso, Volvo Trucks, Renault Trucks и UD создают совместное предприятие с равным распределением акций, при этом оставаясь конкурентами в других областях автобизнеса.
Новое предприятие станет специализироваться только на водородо- и электромобилях и производстве Н2-топливных элементов. Это позволит снизить затраты на разработку компонентов. Центр сотрудничества будет базироваться в Европе, а производимые на СП водородные системы могут работать как на европейских грузовиках Mercedes-Benz, так и на американских Freightliners или японских Mitsubishi-Fuso. Это же можно сказать и о европейских и американских брендах Volvo Trucks.
Daimler Truck AG передаст в новый проект свою дочернюю компанию Mercedes-Benz Fuel Cell GmbH, которая уже несколько лет занимается разработкой систем хранения водорода и технологией Н2 топливных элементов. Этот альянс позволил Daimler AG в апреле 2020 года закрыть программу разработки легковых автомобилей на водороде и перебросить силы на улучшение легковых электромобилей и электрических LCV.
Ретейлер – топливный магнат?
Маленьким странам, лишённым ресурсов и возможностей для промышленной экспансии, важно повышать уровень и качество жизни и образования, чтобы остаться в пуле развитых государств. Так, в Швейцарии набирает силу водородный тренд, развернувшийся на фоне строительства целой сети водородных заправочных станций (ВЗС). Параллельно с их созданием начался перевод автопарков на гидрогенный транспорт.
Производство топлива уже организовано инженерной фирмой Haas Engineering GmbH & Co. KG. Установка уже работает на одной швейцарской ГЭС.
Одним из основных популяризаторов водородной технологии стал ретейлер Coop Group – второй после Migros владелец товаропроводящей сети магазинов в Швейцарии. Руководство фирмы ещё в 2008 году поймало вирус экологизма. На этой почве компания приобрела 6 электрогрузовиков, а потом объявила, что её автопарк станет CO2-нейтральным не позднее 2023 года.
Но недостатки ограниченного диапазона аккумуляторных батарей (АКБ) сразу стали ясны, и Йорг Аккерман, отвечающий в Coop Group за транспортную корректировку в 2013 году обратил внимание на водородную технологию, которая тогда вообще не имела применения на автотранспорте в Швейцарии.
В ассоциацию уговорили войти производителей, потребителей, исследовательские центры, консалтинговые фирмы и законодательные органы. Так, уже в ноябре 2016 года в Швейцарии появилась первая водородная заправочная станция, которая получала водород от местной ГЭС. В 2018 году к Н2-ассоциации присоединились еще 17 транспортных компаний, с парком в 4000 тяжёлых грузовиков.
Только при наличии инфраструктуры сеть ВЗС может стать рентабельной. Ассоциация поставила цель построить к 2023 году сеть водородных заправочных станций в Швейцарии.
Швейцарская фирма ESORO первой в мире разработала 35-тонный тандемный автопоезд в составе тягача с водородными топливными элементами. По швейцарским дорожным нормативам полная масса автомобиля не должна превышать 18 т, а буксируемого прицепа – 16 т. Итого – 34 т. Но в 2019 году были внесены изменения, по которым автопоезда с альтернативными приводами могут быть на одну тонну тяжелее обычных. Таким образом, водородный автопоезд ESORO получил право на эксплуатацию по дорогам Швейцарии.
Блок топливных элементов Н2, разработанных компанией Swiss Hydrogen представляет собой криогенные баки с давлением 350 бар и химический преобразователь. В электроприводе присутствует литий-ионная (Li–IO) АКБ и задействуется при наборе скорости. При торможении включается режим рекуперации. Расчётная дальность для грузовика ESORO составляет 400 км, а заправка занимает около 9 минут. Электропривод полностью обеспечивает потребности всех энергоёмких вспомогательных агрегатов, включая холодильник и гидроборты.
Швейцарский подход к электрификации уникален тем, что водород производится методом электролиза на местной ГЭС IBAarau компании H2 Energy. Она запускается в работу в период падения спроса потребителей (ночное время) на электроэнергию, что позволяет компенсировать скачки в локальной сети.
Из Азии в Европу
В прошлом году в СМИ активно обсуждалась информация о продвижении корейских водородных грузовиков в Швейцарии. Речь шла о программе закупок сразу 1600 автомобилей в течение 4 лет. В большинстве своём будут приобретаться 18-тонные шасси, которые на одной заправке водорода смогут преодолевать порядка 400 км.
И вот в альпийский водородный тренд похоже впрягается Австрия. Застрельщиком борьбы за экологию стала сеть супермаркетов MPreis в рамках проекта Demo4Grid, спонсируемым ЕС. MPREIS Warenvertriebs GmbH владеет множеством продовольственных магазинов в Тироле, и имеет собственный парк из 42 грузовых автомобилей. Среди этих транспортных средств в основном преобладают тандемные автопоезда MAN TGX с прицепами.
Австрийцы собираются приобретать более тяжёлое 26-тонное водородное шасси Hyundai Xcient c 471-сильным электродвигателем. Руководство компании MPreis даже заявило, что уже в 2020 году у них в автопарке появится три Н2-электромобиля Hyundai. Также сейчас завершаются работы по возведению собственной установки по производству водорода в Фёльсе (район Инсбрук-Ланд). Сотрудничество между MPreis и Hyundai будет иметь долгосрочный характер, поскольку ретейлер уже пообещал полностью отказаться от дизельных двигателей и даже утвердил план постепенной замены к 2027 году всех своих ДВС-грузовиков на водородные. К тому же Тироль хочет быть энергетически автономным к 2050 году.
Сам же концерн Hyundai к 2030 году планирует обеспечить ежегодное производство в Южной Корее 500 000 автомобилей на топливных элементах, как легковых так и и коммерческих.
Водород на задворках
Золотому миллиарду, куда входят развитые страны, требуется толчок к развитию экономики в наукоёмких сферах, что сподвигает компании идти на собственные эксперименты.
DHL Deutsche Post переделала коммерческие 0,8-тонные фургоны Ford Transit в электромобили на собственном предприятии StreetScooter GmbH. Фургон Ford Transit H2 Panel Van стал первым стандартным 4,25-тонным электромобилем с объёмом 10 кубометров (эквивалентно объёму 100 экспресс-посылок), работающим на водородных топливных элементах. Он способен преодолевать расстояния до 500 км с одной заправки. До 2021 года будет изготовлено 100 фургонов в сотрудничестве с немецким подразделением компании Ford-Werke GmbH. Проект частично финансируется Федеральным министерством транспорта в рамках Национальной инновационной программы «Технология водородных и топливных элементов (NIP II)». Литий-ионная АКБ общей ёмкостью 40 кВт·ч. Запас водорода 6 кг хранится в герметичном резервуаре под давлением 700 бар. Компания не раскрывает затрат на эксплуатацию, а они в 8–10 раз оказываются выше, чем у обычного фургона с дизелем или бензиновым двигателем.
Китайское предупреждение
В декабре 2019 года китайский производитель двигателей Weichai Power объявил о создании совместно с CRRC Yongji карьерного самосвала CR240E, работающего от 200 литий-водородных батарей. Проект грузовика уже поддержан Китайским водородным альянсом и Национальной энергетической группой.
В 2020 году выпущен первый китайский водородный тягач тяжёлого класса. Турецко-китайское СП JMC Heavy Duty Vehicle Co., Ltd выпустило первую электроприводную версию седельного тягача Veyron, работающую на водороде. Модель JMC Veyron 4х2 FCV оборудована электромотором Invt TZ368XS-PLM150G01, выдающим максимальную мощность 250 кВт и крутящий момент 1600 Н·м. В конструкции грузового автомобиля присутствует литий-ионный блок аккумуляторных батарей с суммарной ёмкостью 127 кВт·ч. Эта АКБ используется при разгоне транспортного средства, при движении на затяжной подъём, а также для доведения до рабочей температуры ячеек водородных топливных элементов перед запуском.
Водород хранится в 8 сосудах суммарным объёмом 140 л под давлением 35 мПа. Максимальная дальность действия грузового электромобиля с одной полной заправки составляет 400 км. Максимальная скорость составляет 85 км/ч.
К слову сказать, в КНР полностью свернули производство гибридных грузовиков и Plug-in-гибридов. Выпуск бензиновых машин остался только в классе малотоннажников. Выпуск водородомобилей в среднем классе за 2019 год составил 179 машин, против 39 в 2018-м. К слову водоробусов большого класса было выпущено 722 штуки, среднего класса – 957 и малого класса – 326 ед. Почти половина всего выпуска пришлась на декабрь.
Новые мечты
Когда концерн IVECO объединил усилия с американским стартапом Nikola в совместной работе над водородным грузовиком Nikola Tre, то выяснилось, что и другие компании уже идут в этом направлении. DAF сотрудничает с производителем автобусов – компанией VDL, а концерн Toyota объединил усилия с Kenwroth. Электротехнический концерн Robert Bosch начал сотрудничество с производителем водородных топливных элементов Powercell Sweden. Соглашение предусматривает, что оба партнёра совместно разработают технологию серийного производства полимерно-электролитного топливного элемента (PEM). Примерный срок окончания работ установлен не позднее конца 2022 года. После этого Robert Bosch начнёт выпуск водородных компонентов для мирового автомобильного рынка.
Недавняя покупка крупнейшего моториста в мире – корпорации Cummins (38% мирового рынка дизелей) компании Hydrogenics Corp., лишь укрепила её позиции. Видимо, руководство Cummins хорошо помнило о судьбе погибшего концерна Kodak, который был лидером рынка в производстве фото- и кинопленки, но не среагировала на появление цифровых камер.
В Швейцарии начинается эксплуатация грузовиков Hyundai на водородных топливных элементах
У них есть большой плюс по сравнению с электромобилями на аккумуляторах
В этом месяце по горным дорогам Швейцарии начнут курсировать 18-тонные грузовики Hyundai H2 Xcient, работающие на водороде.
Изобретенные почти два столетия назад* водородные топливные элементы долго пребывали в забвении, пока на передний план не вышла задача ограничения вредных выбросов автомобилей. Водородные топливные элементы уступают аккумуляторам, поскольку они дорогие, водород трудно хранить, и большая его часть извлекается из природного газа в процессе, сопровождающемся выделением углерода.
Но компания Hyundai и ее партнеры утверждают, что в случае грузовиков аккумуляторы не всегда справляются, потому что чем больше полезная нагрузка, тем больше — и тяжелее — батарея, что становится настоящей проблемой в горной местности, например, в Швейцарии. А поскольку более половины электроэнергии в этой стране вырабатывается гидроэлектростанциями, существует потенциал извлечения «зеленого» водорода из воды с помощью электролиза — энергоемкого, но безуглеродного (если использовать электричество, вырабатываемое гидроэлектростанциями) процесса.
Пока водород в Швейцарии намного дороже дизельного топлива, но в Hyundai надеются, что к 2030 году он подешевеет до того же уровня. Вкупе с хорошими показателями энергетической эффективности и стоимости эксплуатации машин в течение срока службы это сделает грузовики на водородных топливных элементах более привлекательными по сравнению с их дизельными собратьями. А пока Hyundai полагается на правительственные налоговые льготы и собственные субсидии, чтобы сделать грузовики H2 Xcient экономически выгодными для своих партнеров: конечных пользователей, автозаправочных станций и поставщиков экологически чистого водорода.
Грузовые автомобили Hyundai H2 Xcient имеют топливный элемент мощностью 190 кВт и семь резервуаров высокого давления, в которых содержится почти 35 кг водорода, что позволяет им без дозаправки преодолевать расстояние более 400 км, намного превосходя по этому параметру тяжелые грузовики на электрических батареях.
Сначала в эксплуатации будет 50 грузовиков H2 Xcient, но к 2025 году планируется вывести на швейцарские дороги 1600 таких машин. Кроме того, в этом году аналогичные проекты планируется запустить как минимум еще в двух европейских странах. Кандидатами названы Австрия, Германия, Нидерланды и Норвегия.
Компания Hyundai Hydrogen Mobility (HHM), созданная Hyundai и швейцарским стартапом H2 energy, заключила партнерское соглашение с Hydrospider, совместным предприятием H2 Energy с промышленным производителем газа Linde и швейцарской энергокомпанией Alpiq ALP.SG. Hydrospider собирается начать производство водорода для 40-50 грузовиков Hyundai на электролизной установке мощностью 2 МВт в Гесгене. По мере ввода в эксплуатацию большего количества грузовых автомобилей мощность установки тоже будет увеличиваться. К 2023-2025 году она достигнет 70-100 МВт.
Первыми пользователями грузовиков станут члены швейцарской ассоциации H2 Mobility, В нее входят торговые сети, производители продуктов питания, операторы АЗС — почти 20 компаний. Они будут брать грузовики в лизинг с оплатой за использование, получая гарантию, обслуживание, страховку и доступ к достаточному количеству водорода. По словам HHM, Hydrospider и автозаправочные станции получат «разумную прибыль» с самого начала проекта. В компании не скрывают, что это субсидируемая бизнес-модель, но она необходима для внедрения новой технологии. Размер субсидий Hyundai не раскрывает.
* Принцип действия топливных элементов был открыт в 1839 г. английским ученым У. Гроувом, который обнаружил, что процесс электролиза обратим, то есть водород и кислород можно объединить в молекулы воды без горения, но с выделением тепла и электричества.
В апреле в городе Скоттсдейл, штат Аризона, проходила презентация Nikola Motor Company. В разгар мероприятия 37-летний основатель и CEO автомобильной компании Тревор Милтон с грохотом выкатился на сцену на самом экологичном в мире транспорте — он сидел на красном дилижансе пивоварни Anheuser-Busch InBev, запряженном восьмеркой лошадей породы Клейдесдаль. «С их помощью строилась Америка», — заявил он, указав на породистых лошадей.
В зрительном зале выставочного комплекса раздались одобрительные возгласы 2000 гостей, среди которых были руководители автомобилестроительных компаний, журналисты, грузоперевозчики и представители Anheuser-Busch InBev. Милтон в своей речи напомнил собравшимся, что когда-то на смену лошадям пришло дизельное топливо. По его словам, вскоре таким же образом на смену нефти придет новый источник топлива — водород.
Водород — не только самый распространенный элемент во Вселенной, но и топливо будущего, не загрязняющее атмосферу вредными веществами. Побочные продукты производства электричества из водорода — это вода и тепло. По словам главы Nikola Motor Company, водородное топливо хорошо подходит для тяжелых грузовых фур. Водород поступает в топливный элемент, который затем преобразует его в ток, необходимый для питания электродвигателя.
«Речь не только о производстве топливных элементов, но и о создании настоящей альтернативы, которая сможет составить конкуренцию дизельному топливу и заменить его», — говорит Тревор Милтон.
Благодаря электромобилям Tesla многие американские водители отказались от бензина. Однако основатель Tesla Илон Маск, который также планирует запустить массовое производство электрогрузовиков, высмеял «глупые топливные элементы» и назвал водородное топливо «чушью». Но в наши дни водородную энергетику с трудом можно назвать глупой идеей.
Во-первых, на юго-западе США производят слишком много солнечной энергии, благодаря чему избыточную энергию можно направлять на недорогое производство водородного топлива из воды. Во-вторых, аккумуляторные батареи не подходят для дальних грузоперевозок — на их зарядку уходит много времени, а сами они достаточно тяжелые.
18-колесный гибридный грузовик Nikola Motor Company на водородных топливных элементах обладает мощностью в 1000 лошадиных сил. В нем установлен топливный бак из углеродного волокна. Запас хода без подзарядки составляет примерно 1200 км, а масса грузовика — 9 тонн. Представители автоконцерна подчеркивают, что для создания электрогрузовика с такими же мощностью и запасом хода потребуется литий-ионный аккумулятор, который увеличит его массу примерно на 2,2 тонны.
Тревор Милтон с самого детства любил копаться в гараже. До выхода на пенсию его отец работал в железнодорожной компании Union Pacific Railroad. Как-то раз, когда будущему предпринимателю было шесть лет, отец взял его с собой на работу. Именно тогда он загорелся идеей узнать, как устроено все в этом мире. Он поступил в один из университетов в штате Юта, но бросил учебу через полгода и присоединился к мормонам-миссионерам, с которыми отправился в Бразилию. Посмотрев на местные трущобы, Милтон задумался об экологических проблемах. «Это путешествие по-настоящему открыло мне глаза», — вспоминает предприниматель.
В 2010 году в Солт-Лейк-Сити он основал компанию dHybrid Systems, которая занималась разработкой систем заправки грузовиков природным газом. В 2014 году его стартап поглотила компания Worthington Industries. Милтон основал Nikola Motor Company и предложил Марку Расселу, своему бывшему наставнику из Worthington Industries, стать президентом компании.
Возможно, перемены грядут даже быстрее, чем того ожидают производители грузовиков с дизельными двигателями. Евросоюз ужесточил ограничения на автомобильные выбросы углекислого газа, из-за которых к 2030 году дизельные грузовики могут оказаться под запретом. Власти Калифорнии планируют принять аналогичные меры. Тревор Милтон утверждает, что Nikola Motor Company опережает своих конкурентов на три года, а может быть даже и на пять лет.
«Не важно, кого вы поддерживаете: республиканцев, демократов или независимых кандидатов. Никто не хочет во время пробежки дышать выхлопными газами», — заявил Тревор Милтон.