В Новоуральске создали основополагающий в России водородный мотор для легковых автомобилей. Началу серийного производства мешают дороговизна разработки и низкая окупаемость проекта. Создатели надеются на содействие федеральных властей

Электрохимический генератор тока "Волна" призван одним из самых надежных узлов космического корабля

В июне японская фирма Honda объявила о начале производства первого в мире серийного автомобиля на водородном топливе. Новинка получила наименование FCX Clarity и покуда носит скорее экспериментальный характер. До конца этого года Honda надеется отдать только возле 20 машин, в ближайшие три - порядка 200, в основном в регионах, где есть водородные заправки (в Японии и Калифорнии). Базовая стоимость в то время как не установлена, но дешевле 60 тыс. долларов автоагрегат метко стоить не будет.

Разработать доступный и верный водородный двигатель давнехонько пытаются многие мировые автопроизводители: к середине века задача перехода на альтернативные виды топлива встанет перед ними в совершенный рост. Если учесть, что придется творить всю инфраструктуру (сервис, заправки), на переход понадобится не меньше 15 - 20 лет. Ключевой проблемой остается цена производства самого двигателя, работающего на водородных элементах.

Пока мировая общественность отслеживает за корпоративной водородной гонкой, попытки сотворить этакий двигатель предпринимаются и в России. Уральский электрохимический комбинат (УЭХК, Новоуральск) готовит заявку в Агентство по науке и инновациям на финансирование проекта производства автомобильных электрохимических двигателей. Разработку мощностью 5 МВт УЭХК предлагает применять не только в автопроме, но и в космосе, на подводных лодках и на железной дороге. Цена вопроса - 1,2 млрд
рублей. Но и завод, и партнеры­производители такие гроши под рискованный план выделить не готовы.

Космическая надежность

Опыт работы в водородном направлении у УЭХК внушительный: ещё в советские времена предприятие поставлял электрохимические генераторы для ракет и подводных лодок. На заре космической эры РКК "Энергия" (Королев, Московская область) дала заказ на фабрика таких генераторов сию минуту нескольким предприятиям. "К разработчикам предъявляли особые требования: допускалось не больше двух внештатных ситуаций, позже чего агрегатина должна была продолжать работать, причем выдерживать сильные вибрацию и удары", - рассказывает босс особого конструкторского бюро завода электрохимических преобразователей (структурное подразделение УЭХК, занимающееся электрохимическими генераторами) Владимир Матренин.

Было создано немного прототипов, но только разработка УЭХК отвечала заданным требованиям. Успехом завод был обязан в основном технологии создания пористых электродов, используемых в производстве водородно­кислородных топливных элементов. Комбинат начал сотрудничать с "Энергией", и в 1971 году появился начальный генератор "Волна" мощностью 1,2 кВт. Его устанавливали на орбитальные космические корабли лунной программы: всего УЭХК изготовил 192 таких генератора.

В 1988­м комбинат завершил работы над "Фотоном" - генератором более высокого класса для космического челнока "Буран". В начале 90­х генератор протестировало Европейское космическое агентство (ЕКА; Нордвайк, Нидерланды), приподнято его оценило и рекомендовало для использования в европейских программах. Но сотрудничество с ЕКА продолжения не получило: в начале 90­х там увлеклись топливными элементами с полимерным пленочным электролитом, и о щелочном генераторе УЭХК забыли. Без малого тогда же прекратила закупки и "Энергия": держава сократило финансирование космических программ.

Пришлось выискивать новых потребителей. В начале 90­х УЭХК создал первостепеннный вариант генератора для подводной лодки.
К тому времени на Западе уже существовал генератор фирмы Siemens, к которому проявили заинтересованность немецкие военные: в Германии подлодка с Siemens уже принята на вооружение. Российские же военные разработкой УЭХК не заинтересовались, и создание генератора замерло на этапе технического проектирования.

Поняв, что госзаказа разрешается и не дождаться, на комбинате решили поворотить чуткость на общественный рынок автомобилей.

На авто

Чем электрохимический генератор отличается от обычного двигателя внутреннего сгорания? Главный принцип таков: в ходе реакции кислорода и водорода выделяется энергия, преобразующаяся в электрическую. Она и движет автомобиль. Преимуществ множество. Во­первых, при сжигании водорода выделяется больше энергии, чем при сжигании бензина. Во­вторых, несмотря на то, что стоимость литра водорода и бензинасмесь лёгких углеводородов с температурой кипения от 30 до 200 °С. Плотность около 0,7 г/см3. Теплотворная способность примерно 10500 ккал/кг. Горючая жидкость. в текущий момент почти совпадает, водородный двигатель потребляет топлива самое меньшее в семь раз меньше, чем бензиновый. В­третьих, отходы жизнедеятельности автомобиля с химическим генератором - не углекислый газ, а водяной пар. Это, по идее, может принять решение проблему автомобильных выхлопов, одну из главных в экологии.

Разработанный УЭХК генератор - щелочной, в то пора как большинство зарубежных - полимерные. Нестабильность в работе полимерных источников весьма мешает их внедрению, и оттого разработка затормозилась более того на Западе.
К тому же ресурс полимерных генераторов в условиях автомобильных нагрузок пока не превышает тысячи часов, а необходимым для автомобиля считается ресурс в пять тысяч часов. Ресурс работы топливных элементов УЭХК, в которых в качестве электролита употребляется щелочь, заключенная в пористую матрицу, даже превышает норму: в текущее время новоуральские инженеры обещают 10 тыс. часов стабильной работы.

В 1999 году АвтоВАЗавтомобилестроительная компания России, крупнейший производитель легковых автомобилей в России и Восточной Европе. Находится в городе Тольятти Самарской области. Официальное наименование: полное — Открытое акционерное общество «АВТОВАЗ», краткое — ОАО «АВТОВАЗ». Предыдущее название — Волжский автомобильный завод (ВАЗ). Ранее выпускал автомобили марки ВАЗ с наименованиями «Жигули», «Нива», «Спутник», «Самара», «Ока». В настоящее время производит автомобили под торговой маркой «Lada» («Лада»), которые продавцы и потребители по-прежнему часто именуют ВАЗами. Кроме того, поставляет другим производителям машинокомплекты для выпуска автомобилей марок ВАЗ, «Lada» и «Ока». предложил комбинату спроектировать прототипы легковых автомобилей с водородным двигателем. В 2001 году УЭХК создал первый ходовой макет Lada Antel 1 на базе "Нивы" с мощностью генератора до 40 кВт. Следом - единичный стандарт LadaЛада — марка автомобилей, производимых ОАО «АвтоВАЗ». Ранее марка «Лада» использовалась лишь для автомобилей, поставляемых на экспорт, а для внутреннего потребления автомобили производились под маркой «Жигули». Antel 2 на базе ВАЗавтомобилестроительная компания России, крупнейший производитель легковых автомобилей в России и Восточной Европе. Находится в городе Тольятти Самарской области. Официальное наименование: полное — Открытое акционерное общество «АВТОВАЗ», краткое — ОАО «АВТОВАЗ». Предыдущее название — Волжский автомобильный завод (ВАЗ). Ранее выпускал автомобили марки ВАЗ с наименованиями «Жигули», «Нива», «Спутник», «Самара», «Ока». В настоящее время производит автомобили под торговой маркой «Lada» («Лада»), которые продавцы и потребители по-прежнему часто именуют ВАЗами. Кроме того, поставляет другим производителям машинокомплекты для выпуска автомобилей марок ВАЗ, «Lada» и «Ока». 11­й модели с мощностью генератора 25 кВт. Главная особенность: в качестве окислителя вместо кислорода тут применяется воздух (технология пока не раскрывается - комбинат получает патент). Помимо того, баллон для водорода увеличили до 90 литров, в результате пробег за одну заправку возрос до 350 км. Еще одна новинка - мобильный технологический комплекс, тот, что заправляет авто за 20 минут (на заправку Antel 1 требовалось два часа).

Несмотря на все достижения, для массового производства прототип не годится. В основном - по причине дороговизны топливного элемента. Он содержит примерно 6 мг платины на квадратный сантиметр рабочей поверхности, потому стоимость уральского водородного двигателя сегодня составляет 10 тыс. евро за киловатт.
А 250 тыс. евро за весь двигатель - сумма почти космическая.

Тем не менее создатели генератора не останавливаются на достигнутом: они поставили мишень к 2020 году снизить его стоимость до 100 евро за киловатт установленной мощности. "Мы уходим от драгоценных металлов к пластмассе и уменьшаем толщину деталей, - говорит ведущий инженер УЭХК Борис Поспелов. - Этого быть может достигнуть без снижения функциональных показателей генератора". За последние 16 лет инженерам УЭХК удалось уменьшить содержание платины на 37,5%. В ближайшие шесть лет комбинат надеется сократить содержание драгметаллов на квадратный сантиметр рабочей поверхности до двух миллиграммов.

Водородный барьер

Позволят ли эти усилия конкурировать с мировыми автопроизводителями - большущий вопрос. На важный рынокРынок в экономической теории — это совокупность экономических отношений между субъектами рынка по поводу движения товаров и денег, которые основываются на взаимном согласии, эквивалентности и конкуренции. Рынком также называют оборудованную или необорудованную территорию, обычно в населённых пунктах, где происходит массовая торговля с рук. водородных источников энергии все активнее выходят иностранные компании, энергично пользующиеся комплексной государственной поддержкой. Так, американское руководство выделило рядом 2 млрд долларов на разработку технологий снижения стоимости топливных элементов до 30 долларов за киловатт к 2020 году. Европейский союз в ближайшие пять лет намерен потратить 1,7 млрд долларов на разработку водородного двигателя. Кроме того, около десятка крупных автоконцернов (Toyota, Ford, Honda, Hyundai и другие) заявляют о намерениях сформировать или расширить производство автомобилей с водородным двигателем. В результате уже резво западный потребитель получит генератор мощностью 100 кВт за 3 тыс. долларов, что целиком сопоставимо по стоимости с бензиновым двигателем.

Новоуральским инженерам такие цифры пока только снятся: комбинат уже два раза обращался в Агентство по науке и инновациям министерства образования и науки с просьбой о финансировании проекта, но положительного отклика так и не получил. Не интересен проект и частному бизнесу. Занятие даже не в недостатке средств. Главная причина в том, что окупаемость проекта чрезмерно высока: инженерам УЭХК (по их собственным подсчетам) нужно шесть лет только на создание основ технологий массового производства водородных двигателей.

- Производство автомобилей с энергоустановками на топливных элементах предполагается на нашем предприятии не раньше 2020 года по двум серьезным причинам, - рассказывает агент АвтоВАЗа. - Первая: нужно основать инфраструктуру получения и заправки водородным топливом и формирование технологических мощностей по выпуску энергоустановок на топливных элементах, которые по цене были бы сопоставимы с двигателями внутреннего сгорания. Вторая: требуется подготовленность не только автомобильных корпораций, но и всех участников производства топливных элементов, то есть предприятий электрохимической отрасли.

При этом риски проекта излишне высоки: скорее всего, иностранные производители сумеют раньше россиян приступить производство водородных двигателей и занять перспективный рынок. Вследствие этого неудивительно, что проектом в России не интересуются - есть предложения со схожим уровнем рентабельности, но более быстроокупаемые и менее рискованные.

Поэтому на УЭХК надеются только на госфинансирование: "Для решения указанных проблем необходима национальная программа перевода транспорта на водородное топливо, - отмечает представитель АвтоВАЗа. - Наше сотрудничество с УЭХК в разработке электрохимического генератора, вероятно, будет продолжено. Ориентировочно - в 2009 году, в рамках готовящейся сейчас правительственной программы, которая предусматривает финансирование работ по альтернативным видам топлива. В соответствии этой программе, всего будет инвестировано 140 млрд рублей с 2009 по 2012 год. Из них из федерального бюджета - 78 млрд рублей, из внебюджетных средств -
63 млрд рублей".

Но пока российские власти водородной энергетике уделяют куда меньше внимания, чем нанотехнологиям. Так что в ближайшие годы УЭХК будет поставлять свои генераторы для уже существующих заказов: это армейский транспорт, системы аварийного питания, возрождающаяся космическая программа. В итоге на массовом рынке водородных автомобилей Раша может и не появиться.