Заправка водородного бака во многом похожа на заправку автомобиля, работающего на газе, как по основным ощущениям, так и по времени, которое на это требуется. До сих пор это было серьезным препятствием для электромобилей; тратить 20 и более минут на каждую подзарядку в дороге не так привлекательно, как заехать на заправку Chevron и уехать оттуда через несколько минут. Однако водород пока не получил широкого распространения в основном из-за финансирования, хотя даже Министерство энергетики США заявляет, что он имеет “ряд преимуществ по сравнению с традиционными технологиями, основанными на сжигании, которые в настоящее время используются на многих электростанциях и транспортных средствах”.
В декабре Toyota объявила о своем намерении развивать водородную инфраструктуру в США, инвестируя в FirstElement Fuel, крупнейшего поставщика инфраструктуры для заправки водородом в Калифорнии. Последние 30 лет автопроизводитель занимался исследованиями и разработкой водородных топливных элементов; на самом деле у Toyota есть целый кампус в Гардене, штат Калифорния, посвященный исключительно исследованиям в области водорода. Хотя с 2001 года компания занимается разработкой технологий на водородных топливных элементах, в 2024 году кампус был переименован в Североамериканскую водородную штаб-квартиру Toyota (которую компания называет H2HQ).
Toyota представила седан Mirai на водородном двигателе еще в 2015 году, но пока он доступен только в Калифорнии, единственном месте в стране, где доступны водородные насосы для легковых автомобилей. На своем испытательном полигоне в Аризоне Toyota также проводит испытания своих тяжелых грузовиков на водородных топливных элементах класса 8, соревнуясь на них со своими дизельными собратьями. У меня была возможность прокатиться на shotgun на FCEV и дизельном полуприцепе в двух отдельных тестовых заездах, и водородный грузовик значительно чище, быстрее и выбрасывает воду из выхлопной трубы вместо вредных выхлопных газов. Однако заставить остальную часть страны принять H2 — это долгая задача.
Как работают водородные топливные элементы
Водород, обозначаемый символом H и атомным номером 1, является самым легким и распространенным элементом во Вселенной. Его можно получать путем преобразования метана с помощью пара, электролиза, газификации биомассы и выделения водорода. Топливные элементы вырабатывают электроэнергию в результате электрохимической реакции, а не горения, и используются для обеспечения энергией домов, предприятий и транспорта. Их не нужно периодически подзаряжать, как аккумуляторы, достаточно иметь доступ к источнику дополнительного топлива.
Топливный элемент состоит из анода, катода и электролитической мембраны. По данным Ассоциации топливных элементов и водородной энергетики, базирующейся в Вашингтоне, процесс работает следующим образом:
- Атомы водорода попадают на анод, в то время как кислород проходит через катод.
- Катализатор лишает атомы их электронов, разделяя протоны.
- Положительно заряженные протоны проходят через пористую электролитическую мембрану к катоду, а отрицательно заряженные электроны движутся по цепи, вырабатывая электричество.
- Пройдя через цепь, электроны соединяются с протонами и кислородом воздуха, образуя побочные продукты работы топливного элемента: воду и тепло
“Я думаю, многие люди считают, что это очень сложная система, но это всего лишь аккумулятор с анодным катодом; химическая реакция происходит бесшумно, когда вы добавляете в систему водород”, — говорит Дебби Бирн, исполнительный менеджер программы Toyota North America. “В нем нет движущихся частей, что также дает вам это преимущество. Вам не нужно ехать в дилерский центр для замены масла, и вы получаете меньший износ по сравнению с поршневым двигателем”.
Автомобили, работающие на мазуте и газе, также не безопасны. Бензобаки могут быть опасны, если при их изготовлении не используются высококачественные материалы и технологические процессы, и, несмотря на то, что меры безопасности уже давно приняты, вы по-прежнему будете видеть предупреждения о статическом электричестве на бензоколонках по всей Америке. Добыча нефти также обходится дорого, но инфраструктура и поддержка хорошо налажены.
При создании своих автомобилей на водородных топливных элементах Toyota уделяет такое же внимание деталям и безопасности, как и при создании газовых и гибридных легковых автомобилей, грузовиков и внедорожников. Кроме того, датчики водорода обнаруживают утечку или столкновение, говорят в Toyota; в случае аварии клапаны водородного бака закрываются, предотвращая утечку дополнительного количества водорода.
Убеждаем скептиков
Водород — это экологически чистая энергия, которая может быть получена с использованием солнечной энергии, ветра и биоотходов. В 2023 году Toyota и базирующаяся в Коннектикуте компания FuelCell Energy запустили первую в своем роде систему “Tri-gen”, которая использует биогаз из близлежащего очистного сооружения для производства возобновляемой электроэнергии, возобновляемого водорода и пригодной для использования воды. Эти продукты используются для обработки транспортных средств в порту Toyota Logistic Services в Лонг-Бич. .
Toyota утверждает, что использование возобновляемых источников электроэнергии помогает сократить ожидаемые выбросы CO2 более чем на 9000 тонн в год, в то время как неиспользованная электроэнергия возвращается местным коммунальным предприятиям. Ежедневно установка Tri-gen производит до 1200 килограммов водорода для электромобилей на топливных элементах, включая большие полуприцепы класса 8, и перерабатывает около 1400 галлонов воды в день.
Эта переработанная вода используется для мойки автомобилей, только что прибывших с завода в Японии, перед отправкой, что сокращает потери воды на местном заводе. Примечательно, что в мае завод Toyota и FuelCell Tri-gen был удостоен премии Министерства энергетики США за лучший проект 2025 года. Награда за лучший проект присуждается за инновации в области энергетики, водоснабжения и сокращения отходов.
Toyota считает, что это “изменит правила игры” в мире, но у нее есть своя доля скептиков и противостоящих. Недавно Toyota пригласила меня и группу избранных журналистов на экскурсию по своему испытательному полигону площадью 12 000 акров в Аризоне, и Калеб Джейкобс из The Drive сначала был скептиком, а затем стал просвещенным, если не полностью убежденным в водородной энергетике. По его словам, стало ясно, что Toyota рассматривает водород как решение для будущего, которое еще не ясно обычному человеку.
Возьмем, к примеру, концепт Toyota H2-Overland, представленный на выставке SEMA в ноябре, который собирает и фильтрует воду, вырабатываемую топливным элементом. Затем пользователи могут использовать эту систему для пополнения запаса воды, например, для мытья рук или посуды.
“Представьте себе ту же идею, — говорит Джейкобс, — но с промышленными генераторами и источниками питания”.
