Ateities automobiliai: ar vandenilis įveiks elektrą

Praėjusį rudenį savo pirmuosius žingsnius šiuo keliu žengė "Toyota" bei "Hyundai" kompanijos, Los Andželo autosalone pristačiusios koncepcinius vandenilinius automobilius. Kaip ir "Honda", kuri, tiesą pasakius, šiuo keliu yra pasukusi jau anksčiau - ne vienas "Honda FCX Clarity" modelis jau važinėjasi po Jungtines Valstijas nuo 2008-ųjų.

Ir "Toyota", ir "Hyundai" atstovai tikina, kad ir jų modeliai po metų kitų pasirodys gatvėse. Taigi, nusimato vandenilinių automobilių ir elektromobilių mūšis? Ir kas jame laimės?

Pranašumai ir trūkumai

Iš esmės abi transporto rūšys viena nuo kitos skiriasi mažai. Abi turi elektros variklius, tik elektromobiliai energiją gauna iš baterijų (kurias reikia nuolat įkrauti), o kuro elementų automobilio motorą suka energija, gaunama vykstant cheminei reakcijai tarp vandenilio ir deguonies. Tai ir yra pagrindinis skirtumas.

Elektromobilis į aplinką neišskiria jokių medžiagų, o vandeniliu varomas modelis - paprastą vandenį.

Tiesa, pastarajam reikia papildomo bako - vandeniliui - ir kuro elementų, kuriuose kaip tik ir jungiasi vandenilis su deguonimi, o atsiranda vanduo ir elektra. Vis dėlto dažnai teigiama, kad vandenilinis automobilis yra pranašesnis už elektromobilį - pirmojo baką, kaip ir benzininio ar dyzelinio, užpildyti tereikia kelių minučių, o įkrauti antrojo bateriją - mažiausiai pusvalandžio, tačiau įprastai - 8 valandų.

Paradoksas - šis pranašumas yra ir didžiausias kuro elementų automobilio trūkumas, mat vandenilio degalinių infrastruktūros pasaulyje paprasčiausiai nėra, skirtingai nuo besiplečiančio elektromobilių įkrovimo vietų tinklo. Maža to - įkrauti pastarąją transporto priemonę galima beveik bet kur, kur yra elektros. Pavyzdžiui, nuosavame name.

Kol kas vandeniliniai automobiliai ir kainuoja brangiau už elektromobilius. Pavyzdžiui, "Ford Focus EV" kaina JAV yra nuo 35 200 dolerių (apie 89 400 litų), kitas, prabangesnis, elektromobilis "Tesla Model S" kainuoja nuo 63 570 dolerių (161 400 Lt), o štai vandenilinių modelių kaina - nuo 50 iki 100 tūkst. dolerių (127-254 tūkst. Lt).

Didesnė vandenilinių automobilių kaina sąlygota brangių metalų, pavyzdžiui, platinos, kiekiu, kurie naudojami kuro elementų gamybai. Be to, kuro elementų gamyba yra technologiškai brangus procesas - jie gali būti surenkami tik rankomis, ypatingos švaros sąlygomis.

Jeigu, jeigu, jeigu

Teoriškai elektromobiliai yra "švaresni" - gamtinių dujų, anglies, branduolinė, vandens ar saulės energija paverčiama elektra, kuri ir suka mašinos ratus. Kuro elementų automobilio atveju ši grandinė yra ilgesnė - ji prasideda nuo gamtinių dujų, iš kurių gaminamas vandenilis, ir tik tada šis pagamina elektrą.

Be to, reikia nepamiršti, kad prieš patekdamas į mašinos bakus vandenilis turi būti suspaustas iki skystos formos ir transportuotas į degalines. O elektromobiliams elektros galima rasti daug. Kad ir iš kaimyno skydinės...

Tad kas gali laimėti kovą dėl ateities automobilio titulo? Vandeniliu varomas automobilis. Jeigu elektromobilių gamintojai neras būdo, kaip padidinti baterijų talpą ir pailginti transporto priemonės ridos bent iki 700-800 kilometrų. Ir, aišku, sumažinti baterijų įkrovimo laiką.

Kai kurie analitikai teigia, jog patobulinti baterijas ir padidinti elektromobilio ridą bus daug lengviau nei išplėtoti vandenilio infrastruktūrą. Ir turbūt pigiau - juk įrengti vieną vandenilio degalinę kainuoja, skirtingais duomenimis, nuo 2 iki 4 mln. dolerių (5-10 mln. Lt). Maža to, elektromobilių įkrovimo infrastruktūra daug kur jau pasiekusi neblogų rodiklių, ir vartotojai tuo naudojasi - elektra varomų automobilių pardavimas pasaulyje, kad ir ne itin smarkiai, auga.

Kritikų - daug

Tai reiškia, kad bent kol kas elektromobiliai dvikovoje pirmauja. Todėl suprantama, jog kai kurie investuotojai ir automobilių bei energetikos pramonės milžinai stato ne ant kuro elementų modelių, o ant elektromobilių kortos. Svarbu pirmam užsiimti pozicijas. Ir laimėti pirkėjų simpatijas.

Be to, tai - pinigų, labai didelių pinigų, klausimas. Tos kompanijos, kurios investavo milžiniškas lėšas į elektromobilių kūrimą ir iki šiol investuoja į jų gamybą bei tobulinimą, turi realų pagrindą klausti: "Ar nebus klaida tokias pačias, o gal ir dar didesnes lėšas skirti vandenilinių automobilių kūrimui?"

Pavyzdžiui, elektromobilių gamyboje besispecializuojančios kompanijos "Tesla Motors" vadovas Elonas Maskas (Elon Musk), tiesiai šviesiai pareiškė, jog kuro elementai niekada nebus konkurencingi, nes jie per daug sudėtingi ir per brangūs. O tai, anot jo, kad kai kurie didieji gamintojai reklamuoja vandenilio technologijas, tėra rinkodaros triukas - esą jie patys tuo netiki.

Reikia turėti omenyje, kad elektromobiliai pinga - ir dėl to, kad jų gaminama vis daugiau, ir dėl to, kad tobulėja technologijos. Pavyzdžiui, jiems skirtos baterijos nuo 2010 iki 2012 metų atpigo maždaug apie 40 proc.

Elektromobiliai - jau priekyje

Elektromobilių sąjungininkas šiame mūšyje yra ir laikas. Štai koncernas "Daimler", sukūręs vandenilinį "Mercedes-Benz B-Class F-Cell" modelį (kol kas egzistuojantį vieninteliu demonstraciniu egzemplioriumi) pripažįsta, jog pilnavertis serijinis, vartotojams priimtinas kuro elementų automobilis į gatves geriausiu atveju galėtų išvažiuoti 2017 metais, kuomet ir reikalinga infrastruktūra - bent minimali - būtų sukurta.

Tačiau galima spėti, jog per tą laiką daug vietų tose gatvėse ir pirkėjų garažuose bus okupavę elektromobiliai - vien 2013 metais JAV jų parduota 37 900, arba net 360 proc. daugiau nei 2012 m. (8 227).

Informacija pamąstymui - pirmojo pasaulyje serijinio kuro elementų automobilio "FCX Clarity" gamyba "Honda" pradėjo 2008 m. Nuo to laiko iki dabar JAV keliuose važinėja 25 vandenilinės "hondos". O štai elektromobilių pardavimas Valstijose pradėtas dvejais metais vėliau - 2010-aisiais, ir tuomet parduota vos 19 egzempliorių. Palyginkite su pardavimu šiemet.

JAV Energetikos departamento skaičiavimu, kuro elementų technologija būtų konkurencinga, jei kasmet būtų parduodama bent po 500 tūkst. vandeniliu varomų automobilių.

Ir dar palyginimui - šiuo metu JAV yra 10 vandenilio degalinių (9 iš jų - Kalifornijoje, kur ir važinėja visi 25 "Honda FCX Clarity" modeliai) ir apie 6 tūkst. viešų elektromobilių įkrovimo vietų.

Darbai vyksta

Nepaisant pesimizmo, rankas nuleidžia ne visi. Štai jau minėtoji "Hyundai" planuoja jau ateinančiais metais Kalifornijos valstijoje - kurgi daugiau? - pasiūlyti tūkstantį vandeniliu varomų "Tucson" visureigių. Numatoma mėnesio lizingo kaina trejiems metams - 499 dolerių (apie 1 270 Lt), ir savininkams nereikės mokėti nei už bako užpildymą, nei už automobilio priežiūrą.

"Toyota" planuose 2015-aisiais - per 50 tūkst. dolerių (127 tūkst. Lt) kainuosiantis FCV modelis, kurio baką pripildyti vandeniliu galima per 3 minutes. 5 kg vandenilio užtektų nuvažiuoti 500 km atstumą.

Pionierė šioje srityje - kompanija "Honda" - tais pačiais metais JAV rinkai ketina pasiūlyti naują dabartinio FCX modelio kartą.

Net ir "Aston Martin" yra sukūrusi kuro elementų automobilį, ir ne bet kokį, o skirtą lenktynėms - "Hybrid Hydrogen Rapide S".

Beje, pernai birželį "Honda" su JAV milžine "General Motors" (GM) pasirašė susitarimą, numatantį bendradarbiavimą, kurio pagrindu iki 2020 į kelius išvažiuotų nauji vandeniliu varomi modeliai. GM irgi jau turi panašios patirties - nuo 2007 m. koncernas dalyvauja projekte "Driveway" ir jau spėjo išbandyti 119 vandeniliu varomų transporto priemonių.

Dar anksčiau, praėjusį sausį, dėl to paties rankomis sukirto kiti automobilių pramonės gigantai - "Ford", "Daimler" bei "Nissan-Renault". Jų tikslas - serijinis kuro elementų modelis 2017 metais. Pagrindu gali tapti dar 2008-aisiais sukurtas prototipas - "Nissan X-Trail FCV" visureigis.

Tiesa, jau lapkritį "Renault" ir "Nissan" vadovas Karlas Gosnas (Carlos Ghosn) pareiškė, jog vandeniliu varomo automobilio kūrimas atidedamas. Priežastis - jau minėtas degalinių trūkumas ir vangus vartotojų domėjimasis.

"Man būtų labai smalsu pažiūrėti į tuos gamintojus, kurie masinės produkcijos kuro elementų modelį rinkai žada pateikti 2015 metais. Kur infrastruktūra? Ką ją statys?", - klausė jis.

Ant vandenilio kabliuko nepuola ir dar vienas gigantas - "Volkswagen". Jų atstovai teigia, jog kompanija jau bando panašius modelius, tačiau sako, kad geriausiu atveju kuro elementų automobiliai paklausūs taps ne greičiau 2020-ųjų.

Maža to - vokiečiai siūlo kitą receptą. Tai - elektromobilio ir kuro elementų modelio "mišrūnas". Tai būtų mašina, turinti ir vandenilio baką, ir įkraunamus akumuliatorius. Įprastu režimu būtų naudojama elektros energija, o, jei pavyzdžiui, reikėtų įveikti didelį atstumą - ir vandenilis.

O štai dar kiti ekspertai teigia, kad perspektyviausias vandenilio panaudojimas - visuomeniniame transporte, o ne individualiuose automobiliuose.

Gal ir geras receptas? Kaip ten bus, pagyvensim - pamatysim. Jei ne mes, tai mūsų vaikai.

PIRMASIS

Pirmasis pasaulyje serijiniu būdu pradėtas gaminti vandeniliu varomas automobilis - "Honda FCX Clarity". Jis sukurtas buvo dar 2002 metais, o masinė gamyba Japonijoje pradėta 2008-ųjų birželį. Šis modelis turi vandenilį naudojančią 134 AG jėgainę, tiksliau, du elektros variklius, kuriems energija gaunama vykstant cheminei reakcijai tarp vandenilio ir deguonies. Energija saugoma ličio-jonų baterijose. Iki galo pripildžius specialius kuro - vandenilio - bakus priekiniais ratais varomas "FCX Clarity" gali įveikti 435 kilometrus. 1 kg vandenilio užteks nuvažiuoti maždaug 115 km atstumą.

INFORMACIJA

Vandenilis (H) - labiausiai Žemėje paplitęs cheminis elementas: 71 proc. Žemės paviršiaus sudaro vanduo (H2O), kurio dvi dalys yra vandenilis (H2), o viena dalis - deguonis (O). Tačiau gamtoje vandenilis egzistuoja tik kaip sudedamoji didesnių molekulių dalis, ir tam, kad jis taptų kuru, vandenilinė molekulės dalis turi būti atskelta nuo likusios dalies, o tam reikia didelės energijos. Pavyzdžiui, specialiose degalinėse JAV vandeniliui gaminti naudojamos gamtinės dujos (CH4). Vandenilį gaminti galima ir jį "skaldant" elektra, tačiau šis procesas yra brangus.

Kaip veikia kuro elementų automobilis

Energija gaunama vandeniliui tekant pro anodinį terminalą - plokšteles, turinčias platininį katalizatorių. Vandenilis virsta protonais ir neigiamai įkrautais elektronais. Pastarieji keliauja per katodinį terminalą ir sukuria elektros energija, kuri ir tiekiama varikliui bei kitoms automobilio sistemoms.

BEJE

Vandenilį ekologiškai švariu kuru galima vadinti tik sąlyginai. Juk jį gaminant naudojami kiti energijos šaltiniai, be to, tuo metu teršiamas oras. Pavyzdžiui, norint iš gamtinių dujų pagaminti kilogramą vandenilio į aplinką išmetamą net 5,5 kg anglies dvideginio (CO2). Tiesa, tą patį pasakyti galima ir apie elektromobilius - vienos baterijos gamybos metu į aplinką išsiskiria nuo 2 iki 8 kg CO2. Ir reikia nepamiršti to, kad laikas nuo laiko elektromobilio baterijas būtina keisti naujomis.

Kaina

Volfgango Bernharto (Wolfgang Bernhart), firmos "Roland Berger Strategy Consultants" eksperto, teigimu, automobilyje montuojamos kuro elementų įrangos kaina dabar siekia 45 tūkst. eurų (apie 155 400 Lt). 45 proc. šios sumos sudaro membraninės elektrodų sistemos, paverčiančios vandenilį elektros energija, vertė. Ši sistema gaminama naudojant brangų metalą - platiną. V. Bernharto skaičiavimu, net jei kasmet būtų pagaminama po 300 tūkst. vandeniliu varomų automobilių, platina vis vien sudarytų daugiau nei 70 proc. gamybos kaštų. Ir tik tokiu atveju, jeigu gamintojams pavyktų sumažinti naudojamos platinos kiekį iki mažiau nei 15 gramų, minėta elektrodų sistema atpigtų iki 1 000 eurų (3 450 Lt). Tačiau yra kita problema - platina yra retas, deficitinis elementas. Tad kai kurie gamintojai bando kurti technologijas, kurioms nereikia platinos.

Ieškant pigesnio vandenilio

Vandeniliu varomų automobilių proveržis gali įvykti, kaip pavyks sukurti pigesnį būdą nei dabar gauti kuro bakams užpildyti tinkamą vandenilį. Įvairūs bandymai vykdomi jau ne vienerius metus, tačiau rezultatai kol kas - tik teoriniai.

Britų kompanijos "Cella Energy" inžinieriai pasiūlė vandenilio pagrindu paremtus degalus, kurių litro kaina - vos 20 pensų (apie 80 centų). Maža to - norint naudoti šį kurą nebūtina tobulinti įprastų vidaus degimo variklių savo automobiliuose.

Naujasis kuras - ypatingo nanotechnologinio proceso, kuomet veikiant elektrai iš 30 kartų už žmogaus plauką plonesnio mikropluošto gaunama speciali vandenilio bei tvirtinančių polimerų turinti medžiaga, rezultatas.

Iš pradžių "Cella Energy" specialistai naudojo amonio boraną, kuriame yra 19,6 proc. vandenilio, ir polistirolą. Sumažinę vandenilio dalį iki 6 proc., jie sumažino reakcijos temperatūrą nuo 110-150 iki 80 laipsnių. Tačiau kuro išskyrimas vis vien buvo gana brangus, be to, susidarantis amiakas galėjo pakenkti kuro bakui.

Dabar inžinieriai eksperimentuoja su kitomis panašiomis medžiagomis, iš kurių gaunamas kuras yra daug pigesnis. Teigiama, kad jis tinkamas naudoti įprastuose dabartiniuose automobiliuose. Vieno bako užpildymo užtenka 500-650 km kelio.

O JAV įsikūrusio Šiaurės Vakarų universiteto mokslininkai teigia sukūrę kuro elementą naudojantį oktaną. Oktanas yra pagrindinis benzino komponentas, todėl vairuotojai, kurių automobiliuose bus tokie kuro elementai, galės užsipildyti baką beveik bet kur.

Jų sukurtojoje sistemoje kuro elemento ir vadinamojo reformerio funkcijos yra suderintos tame pačiame prietaise - vandenilio ir deguonies jungimosi metu atsiradusi perteklinė šiluma yra panaudojama vandenilio gamybai stimuliuoti. Sistemos našumas turėtų siekti net 50 proc. Tiesa, kol kas yra kliūtis - naudojamas kietakūnių oksidų kuro elementas, kuris veikia 800 laipsnių Celcijaus siekiančiose temperatūrose, todėl prieš darbą jį tenka pakaitinti.

O štai Harvardo profesorius Danielis Nosera (Daniel Nocera) sukūrė dirbtinį medžio lapą. Tai - saulės elementas su pora nedidelių katalizatorių iš kobalto ir nikelio, kurie vandenį suskaido į vandenilį ir deguonį. Šis lapas turi tarp dviejų plėvelių esantį šviesą surenkantį sluoksnį. Kai lapas įdedamas į vandenį ir apšviečiamas saulės šviesa, generacijos proceso metu atsiranda burbuliukai. Tai ir yra išsiskyręs vandenilis. Tereikia jį surinkti ir panaudoti.

Teigiama, esą tokios dirbtinės fotosintezės metu kvadratinio metro dydžio "lapo" išskiriamo vandenilio užtektų elektra aprūpinti nedidelį individualų namą.