Электромобили на батареях — не единственный путь к транспорту без нефти. Разбираемся, какие шансы у водорода, синтетического и биотоплива и где каждой технологии найдётся место.
Разговор о будущем автомобиля обычно сводится к противостоянию двух лагерей: сторонники двигателей внутреннего сгорания против сторонников аккумуляторных электромобилей. Но в реальности картина намного сложнее. Между этими полюсами существует целый спектр альтернативных энергоносителей: водород, синтетические топлива, биотопливо, газ. У каждого из них есть свои сторонники, свои сильные стороны и свои серьёзные проблемы.
Попробуем трезво оценить, какие технологии имеют реальные перспективы для легковых машин, а какие найдут себе место в других сегментах транспорта.
Водород: топливо будущего, которое всё время в будущем
Водородный автомобиль — это, по сути, электромобиль, у которого вместо большой батареи стоит топливный элемент. В нём водород соединяется с кислородом воздуха, вырабатывая электричество, которое питает электромотор. Единственный выхлоп — водяной пар. Заправка баллонов под высоким давлением занимает несколько минут, а запас хода сопоставим с бензиновыми машинами.
Звучит идеально. Но есть целый ряд проблем, которые пока не позволили водородным легковым автомобилям стать массовыми.
- Производство водорода. Большая часть водорода в мире сейчас получается из природного газа с выбросом углекислого газа. «Зелёный» водород, произведённый электролизом воды с использованием возобновляемой энергии, пока дорог.
- Энергетическая эффективность. Цепочка «электричество — водород — сжатие — транспортировка — топливный элемент — электричество» теряет значительную часть энергии. Прямая зарядка батареи в несколько раз эффективнее.
- Инфраструктура. Водородных заправок очень мало, они дороги в строительстве и обслуживании.
- Хранение. Водород требует баллонов высокого давления, которые занимают много места и стоят дорого.
- Стоимость машин. Топливные элементы содержат дорогие катализаторы, и серийные водородные автомобили остаются дорогими.
Всё это не означает, что у водорода нет будущего. Просто, скорее всего, его ниша — не легковые машины, а тяжёлый транспорт: магистральные грузовики, автобусы, железнодорожный и морской транспорт, где масса батарей становится критической, а время заправки и запас хода важнее всего.
Водородный ДВС
Отдельное направление — двигатели внутреннего сгорания, работающие на водороде. Они проще и дешевле топливных элементов, могут использовать существующие производственные мощности. Но эффективность у них ниже, а в выхлопе появляются оксиды азота. Пока это в основном эксперименты и проекты для коммерческого транспорта и автоспорта.
Синтетическое топливо: бензин без нефти
Синтетические топлива, или e-fuels, производят из углекислого газа и водорода с использованием электроэнергии. Углекислый газ можно улавливать из атмосферы или из промышленных выбросов, водород — получать электролизом. В результате получается жидкое топливо, химически очень близкое к бензину или дизелю, которое можно заливать в обычные двигатели и использовать существующую сеть заправок.
Идея привлекательна: весь огромный парк автомобилей с ДВС мог бы стать почти углеродно-нейтральным без замены машин. Но проблемы похожи на водородные.
- Производство крайне энергоёмкое — ещё более длинная цепочка преобразований, чем у водорода.
- Стоимость пока в разы выше, чем у бензина из нефти.
- Объёмы производства ничтожны по сравнению с потребностями транспорта.
Наиболее реалистичные сферы применения синтетики — авиация, где у батарей нет шансов на дальних рейсах, классические и коллекционные автомобили, автоспорт, а также, возможно, премиальные спортивные машины, производители которых хотят сохранить двигатель внутреннего сгорания.
Синтетическое топливо — не способ сохранить бензиновую машину для всех, а способ сохранить её для тех, кто готов платить за это существенно больше.
Биотопливо: уже здесь, но с оговорками
Биотопливо — самая зрелая из альтернативных технологий. Этанол из сахарного тростника и кукурузы давно используется как добавка к бензину во многих странах, а в некоторых — и как основное топливо для машин, двигатели которых умеют работать на любой смеси бензина и спирта. Биодизель из растительных масел и животных жиров добавляется к обычному дизельному топливу.
Существует и так называемый возобновляемый дизель — гидрогенизированные растительные масла. Он химически близок к обычному дизелю, может использоваться в чистом виде во многих современных двигателях и заметно снижает выбросы.
Ограничения биотоплива связаны прежде всего с сырьём:
- Выращивание топливных культур конкурирует за землю с продовольствием.
- Расширение посевов может вести к вырубке лесов.
- Объёмы отходов — отработанного масла, жиров, сельскохозяйственных остатков — ограничены.
- Биотопливо второго поколения из непищевой биомассы сложнее и дороже в производстве.
Газ: проверенный компромисс
Не стоит забывать и о газомоторном топливе. Пропан-бутан и метан давно и успешно используются в автомобилях. Газ дешевле бензина, при сгорании образует меньше вредных веществ, а метан может быть получен и из возобновляемых источников — биогаза с очистных сооружений и полигонов отходов.
Для владельца газ — это прежде всего экономия. Переоборудованная на газ машина при большом пробеге окупает установку достаточно быстро. Но у газа есть и минусы: потеря места в багажнике под баллон, необходимость периодического освидетельствования баллона, ограниченная сеть метановых заправок в ряде регионов, возможное снижение мощности.
А что с батареями?
На фоне альтернатив аккумуляторные электромобили выглядят самым зрелым решением для легкового транспорта. Их главное преимущество — эффективность: энергия из сети попадает в батарею и затем на колёса с минимальными потерями. Инфраструктура зарядки развивается быстрее, чем водородная, а многие владельцы могут заряжаться дома.
Но и у батарей есть нерешённые вопросы. Добыча лития, никеля и кобальта связана с экологическими и социальными проблемами. Производство аккумуляторов энергоёмко, и углеродный след нового электромобиля выше, чем у бензиновой машины, — он окупается только за годы эксплуатации, причём быстрее там, где электроэнергия вырабатывается с меньшими выбросами. Инженеры работают над новыми химиями: натрий-ионными батареями без дефицитных металлов, твердотельными аккумуляторами с большей плотностью энергии и безопасностью. Успех этих разработок во многом определит, насколько быстро электромобили станут по-настоящему массовыми.
Сравним альтернативы
| Технология | Зрелость | Инфраструктура | Эффективность цепочки | Наиболее вероятная ниша |
|---|---|---|---|---|
| Аккумуляторный электромобиль | Высокая | Быстро растёт | Высокая | Легковые машины, городской транспорт |
| Водород в топливных элементах | Средняя | Минимальная | Средняя | Грузовики, автобусы, спецтехника |
| Синтетическое топливо | Низкая | Существующая | Низкая | Авиация, спорт, классические машины |
| Биотопливо | Высокая | Существующая | Зависит от сырья | Добавки к топливу, коммерческий транспорт |
| Газ | Высокая | Существующая, неравномерная | Высокая для ДВС | Такси, коммерческий транспорт, частники с большим пробегом |
Что это значит для автовладельца
Для человека, который выбирает машину сейчас, все эти рассуждения имеют практический смысл. Разумно исходить из того, что обозримое будущее будет разнообразным. Никакая технология не вытеснит остальные мгновенно. Бензиновые и дизельные машины ещё долго будут ездить по дорогам и обслуживаться. Гибриды станут переходным звеном для многих. Электромобили будут занимать всё большую долю, особенно в городах. Водород и синтетика займут свои ниши, но вряд ли станут массовым выбором для частного владельца в ближайшее время.
Несколько практических выводов:
- Не стоит бояться, что обычный бензиновый автомобиль в одночасье станет бесполезным — топливная инфраструктура никуда не денется ещё очень долго.
- Если есть возможность зарядки дома и пробеги в основном городские, электромобиль или подключаемый гибрид уже сейчас могут быть экономически оправданы.
- При большом пробеге и желании сэкономить стоит рассмотреть газ.
- Покупать водородный легковой автомобиль имеет смысл только там, где рядом есть заправки, и с пониманием всех рисков, связанных с инфраструктурой и остаточной стоимостью.
Будущее транспорта не будет монокультурным. Оно будет определяться балансом между технологиями, стоимостью энергии, инфраструктурой и потребностями людей. И тот, кто понимает сильные и слабые стороны каждого энергоносителя, сможет сделать выбор, который окажется разумным не только сегодня, но и через много лет.
