Toyota представила концепт инновационной системы для повышения эффективности автомобилей, работающих на жидком водороде. Система позволяет повторно использовать испаряющийся водород благодаря насосу с самонагнетателем, при этом значительно уменьшая потерю топлива.

Источник изображения: Toyota

Японский автопроизводитель продолжает активно развивать водородные технологии. В 2023 году Toyota представила концепт GR Corolla H2 с системой хранения жидкого водорода при температуре -253 градуса Цельсия. Однако, несмотря на использование сверхнизких температур, позволяющих предотвратить закипание жидкости, часть водорода всё равно испаряется, увеличивая потерю топлива.

Для решения проблемы Toyota представила на гонке Super Taikyu Series 2024 новую технологию топливного насоса с самонагнетателем. Эта система использует давление испаряющегося водорода для его сжатия в 2-4 раза, превращая в топливо, которое можно использовать повторно, без дополнительных затрат энергии. Но и это ещё не всё. В дальнейшем планируется использовать остатки испаряющегося водорода для питания топливного элемента, который будет обеспечивать работу водородного насоса, дополнительно повысив эффективность системы.

Источник изображения: Toyota

Стоит отметить, что работа с жидким водородом сопряжена с рядом технических сложностей, связанных как с хранением, так и с конфигурацией всей системы. Профессор Вашингтонского государственного университета, доктор Джейкоб Личман (Jacob Leachman) подчёркивает, что водородные насосы являются самыми уязвимыми компонентами во всех водородных системах — как криогенных, так и газообразных, он считает, что Toyota совершила прорыв, разработав насос, который использует криогенную установку для сжатия водорода. «Это прогресс, который необходимый всем, кто разрабатывает автомобили на жидком водороде», — сказал Личман.

Одновременно профессор отмечает, что одной из главных проблем остаётся герметизация контейнеров с жидким водородом. Если водород закипает внутри закрытой ёмкости, давление может возрасти до 140 мегапаскалей (МПа), что создаёт дополнительные сложности для разработчиков таких систем.

Компания Hyundai представила концепт внедорожника Initium на водородном топливе, запас хода которого составляет более 640 км. Концепт обещает высокую производительность, стильный дизайн и использование топливных элементов третьего поколения.

Источник изображения: Hyundai

Хотя технические характеристики автомобиля пока остаются в секрете, известно, что Initium будет оснащён большими водородными баками и шинами с низким сопротивлением качению для увеличения запаса хода. Hyundai заявляет, что автомобиль сможет проехать более 400 миль (640 км) на одной заправке водородных баков, при этом мощность его двигателя составит 150 кВт.

В сравнении с текущей моделью Hyundai Nexo, который разгоняется до 96 км/ч за 8,4 секунды, разгон до 100 км/ч у Initium сократился до 8 секунд. «Это выдающиеся показатели по сравнению с конкурирующими автомобилями на топливных элементах», — отметил на презентации в Сеуле Чжин Хван Чжун (Jin Hwan Jung), старший вице-президент Hyundai, отвечающий за разработку транспортных технологий.

Источник изображения: Hyundai

Initium станет флагманом водородной линейки Hyundai и будет использовать топливные элементы третьего поколения. По словам представителей компании, новые топливные элементы будут на 40 % долговечней, чем у Nexo. Также автомобиль будет оснащён функцией Vehicle-to-Load (V2L), что позволит использовать его как источник питания. Полностью заправленный Initium сможет вырабатывать до 100 кВт·ч энергии. Для сравнения, этого достаточно для обеспечения электроэнергией одного жилого корейского дома средних размеров в течение 10 дней.

Источник изображения: Hyundai

Дизайн Initium выполнен в новом дизайне «Art of Steel». По словам главы глобального дизайна Hyundai и Genesis Санг Юп Ли (SangYup Lee), концепт сочетает в себе прочность и эстетическую привлекательность стали. «Мы использовали новый подход к материалам и придали стали форму, которая подчёркивает её красоту», — отметил он.

Экстерьер отличается массивными арками колёс и угловатыми формами, что придаёт ему брутальный вид. Однако, чтобы избежать чрезмерной угловатости, дизайнеры добавили плавные линии в заднее окно и сделали 21-дюймовые колёса несколько изогнутыми. Освещение выполнено в фирменном стиле Hyundai с использованием пикселей, которые можно увидеть на фарах, решётке радиатора и интегрированных рейлингах на крыше.

Источник изображения: Hyundai

Hyundai также уделила внимание развитию водородной инфраструктуры (в настоящий момент в Южной Корее насчитывается около 200 станций заправки водородом). Initium будет оснащён навигационной системой, которая поможет водителям планировать маршруты с учётом доступности станций и времени ожидания своей очереди. Президент Hyundai Джэй Хун Чанг (Jaehoon Chang) подчеркнул, что компания намерена развивать водородную экосистему для создания «чистого, тихого и безопасного» транспорта. Автомобиль планируется запустить в производство весной 2025 года.

Швейцарская компания Stadler Rail представила RS Zero — первый в мире поезд, способный работать как на водороде, так и на электричестве, сообщает New Atlas. Ранее, всего несколько месяцев назад, Stadler установил мировой рекорд Гиннесса с водородным поездом Flirt H2, который смог проехать без дозаправки более 2800 км.

Источник изображения: Stadler

RS Zero заменит популярный, но устаревающий поезд Stadler RS1, работающий на дизельном и биодизельном топливе из рапсового масла, который курсирует по железным дорогам Европы уже с 1996 года. Новый поезд разработан специально для небольших региональных линий, где электрификация путей затруднена. Благодаря относительно лёгкой конструкции и возможности переключаться между водородным и электрическим режимами RS Zero подходит для таких маршрутов как нельзя лучше.

«Наша цель заключалась в том, чтобы разработать лёгкий поезд, который может работать без выбросов на второстепенных маршрутах, — заявил исполнительный вице-президент Stadler Ансгар Брокмайер (Ansgar Brockmeyer). — С RS Zero мы можем предложить клиентам поезд, который максимально комфортен, эффективен и доступен для всех пассажиров, включая людей с ограниченными возможностями». Вагоны имеют низкий уровень пола и безбарьерную зону, а также многофункциональную зону для велосипедов и другого громоздкого багажа, что действительно делает их удобными для различных категорий пассажиров.

RS Zero будет доступен в одно- и двухвагонной конфигурациях. Водородная версия поезда сможет преодолевать до 1000 км без дозаправки, в то время как запас хода на аккумуляторах составит от 90 до 180 км. Максимальная скорость поезда составит 120 км/ч. Предлагая две опции на выбор, компания предоставит операторам гибкость в выборе топлива и конфигурации поезда в зависимости от их потребностей.

Важно отметить, что с учётом своих экологических принципов, Stadler использует для внутренней отделки 98 % возобновляемых материалов для напольного покрытия и переработанные материалы для боковых стенок, включая PET-бутылки. Кроме того, система климат-контроля использует экологически чистый хладагент. Прототип водородного поезда будет представлен на выставке InnoTrans 2024 в Берлине в конце этого месяца.

По сообщению Reuters, подконтрольная Саудовской Аравии компания планирует в начале 2025 года начать строительство в новой столице Египта первой в своём роде 55-этажной офисной башни. Львиную долю энергии небоскрёб станет получать с помощью утилизации чистого водорода, который будет подаваться туда в жидком виде. Стоимость проекта достигает $1 млрд. Он станет примером устойчивой экономики, жизни и производства.

Источник изображения: Forbes

Рамочное решение о реализации проекта было подписано в последний день 53 Всемирного экономического форума в Давосе в январе 2023 года. Строительные работы будет контролировать саудовская компания Magnom Properties — дочка саудовской промышленной группы Rawabi Holding. Заказчик башни — медиагруппа Forbes. Рабочее название проекта — Forbes International Tower. Это будет первая коммерческая башня Forbes. Медиагруппа рассчитывает зарабатывать на аренде офисов в новой административной столице Египта, которая несколько лет назад начала возводиться к востоку от Каира.

Солнечные панели будут встроены в фасад башни и смогут обеспечивать её потребности в электричестве на 25 %. Остальное электричество будет получаться из поставляемого в башню водорода. Проект не предусматривает никакого сотрудничества с коммунальными службами Египта, который время от времени сталкивается с перебоями в подаче энергии. Для Magnom Properties это станет пробным камнем. Затем по данному проекту планируется построить аналогичные башни в Дубае и Эр-Рияде.

В здании будет два сверхскоростных VIP-лифта и вертолётная площадка на крыше. Безопасность обеспечат новейшие системы предотвращения вторжений как физических, так и кибернетических. Автоматика, искусственный интеллект, новые подходы в организации офисного пространства и так далее — будет всё самое лучшее, что обойдётся заказчику в изрядную сумму. Для сравнения, около 20 похожих башен рядом построили китайцы — фактически целый квартал, что обошлось властям Египта всего в $3 млрд.

Детальная проработка здания поручена архитектурной группе AS+GG из Чикаго (архитектор Адриан Смит (Adrian Smith) и компания Gordon Gill Architecture). Строительство объекта должно стартовать в начале 2025 года и обещает завершиться к 2030 году.

Исследователи научной сети им. Фраунгофера (Fraunhofer) представили автономный компактный модуль по извлечению водорода из воды с помощью энергии Солнца. Модуль поддерживает простое масштабирование. Со 100 м² модулей в год можно получить 30 кг водорода, что обеспечит среднестатистическому легковому автомобилю пробег до 20 тыс. км.

Quadratisch, Praktisch, Gut. Источник изображения: Fraunhofer IKTS

Предложенная немецкими специалистами разработка использует эффект фотоэлектрохимической катализации. Это не электролизёр, который расщепляет воду на кислород и водород с помощью электрического тока, хотя обычные солнечные панели также встроены в данный модуль. Вырабатываемая солнечными панелями энергия используется для «турбонаддува», что ускоряет реакцию по извлечению водорода из воды.

Основную работу по расщеплению воды на кислород и водород выполняет катализатор, произведённый из почти что обычного листового стекла. На стекло методом осаждения в вакууме наносятся специально подобранные материалы, плёнка которых получается не толще нескольких нанометров с каждой стороны. Точность нанесения также играет роль в увеличении эффективности катализатора, как и выбранные для этого полупроводниковые материалы.

Когда солнечный свет падает на стекло, коротковолновое излучение поглощается на его внешней поверхности и производит кислород. Длинноволновое излучение проникает вовнутрь и на внутреннем покрытии производит водород. Оба газа разделены перегородкой и собираются раздельно. При размерах рабочей поверхности модуля 50 см², поле из модулей площадью 100 м² позволит каждый год производить до 30 кг экологически чистого водорода. Для автомобиля на водородном топливе это обеспечит пробег от 15 000 до 20 000 км, что примерно соответствует годовому пробегу среднестатистического автомобиля в России.

Добавим, фотоэлектрические катализаторы — это изобретение не сегодняшнего дня. Но у них всегда была одна серьёзная проблема — очень быстрый износ. Как с этим обстоят дела у немецких модулей, не уточняется.

На выставке MOVE Expo генеральный директор компании Sirius Aviation, Алексей Попов, за плечами у которого руководство авиазаводами в Киеве и Харькове, представил внешний вид и внутренне убранство роскошного электролёта CEO Jet с вертикальными взлётом и посадкой. Изюминка проекта — силовая установка на сжиженном водороде и топливных ячейках, разработка которой близка к завершению. Это обеспечит дальность полёта более 1850 км в тишине и комфорте.

Источник изображений: Sirius Aviation

Формально об электролёте Sirius Aviation стало известно ещё в январе этого года. Тогда в аэропорту Пайерн в Швейцарии была проведена живая демонстрация работы прототипа силовой водородной установки. Сегодня в Лондоне компания показала развёрнутые рендеры внешнего вида электролёта CEO Jet, его туристической версии Adventure Jet с возможностью посадки на воду и интерьера трёхместной версии CEO Jet, а также дизайн кабины пилота.

Представленные изображения дают полное представление о том комфорте, который пассажиры будут испытывать в полёте. С учётом максимальной дальности полёта 1851 км (1150 миль) с крейсерской скоростью 515 км/ч полёт продлится свыше трёх часов, так что комфорт будет не лишним. В проектировании салона и места пилота компании Sirius Aviation помогали специалисты по дизайну автомобилей — партнёры в лице компаний BMW Designworks и Sauber Group.

По словам генерального директора компании Sirius Aviation, водородная силовая установка готова на 70 %. Электролёт будет питаться в основном от топливных ячеек. Аккумулятор будет работать не более 90 с за весь перелёт и сможет подзаряжаться в воздухе. Пятиместная версия электролёта (Millennium) будет преодолевать чуть меньшие расстояния на полном баке водорода — до 1046 км.

Отдельный интерес представляет версия Adventure Jet с понтонами для посадки на воду, пылевой защитой вентиляторов и прочим туристическим обвесом. Во всех случаях планер реализуется по схеме «утка» с двумя короткими крыльями спереди и двумя длинными основными ближе к хвостовой части. Электролёт использует для полёта канальные вентиляторы оригинальной конструкции на поворотных крыльях. Это позволит ему вертикально взлетать и садиться, переходя в воздухе в самолётный режим полёта.

Дизайном машин и техническими вопросами в компании Sirius Aviation ведают последний директор «Антонова» Александр Лось и выпускник Харьковского авиационного института Евгений Кононихин. К массовому производству коммерческих машин компания обещает приступить в 2028 году.

Японская компания Honda Motor начала выпуск легковых транспортных средств на водородных топливных ячейках ещё в 2002 году, но к 2021 году сняла с производства актуальную на тот момент модель Clarity, пообещав пересмотреть стратегию в сфере выпуска подобных машин. Вернуться на рынок Honda готова в этом году, предложив клиентам в США и Японии кроссовер CR-V e:FCEV, который сочетает водородные топливные ячейки и функцию подзарядки тяговой батареи от внешней электросети.

Источник изображения: Honda Motor

В известной мере, как поясняет Nikkei Asian Review, этот необычный гибрид является компромиссом. Во-первых, использование платформы популярного на рынке кроссовера CR-V гарантирует машине стабильный спрос, а также снижает затраты на разработку новой модели. Во-вторых, сэкономить удалось и на разработке топливных ячеек нового поколения, поскольку технология преимущественно была позаимствована у General Motors. Наконец, способность машины восполнять до 60 км запаса хода на обычных зарядных станциях от электросети призвана снизить обеспокоенность клиентов ограниченным распространением водородных заправочных станций.

Honda CR-V e:FCEV выйдет на рынки Японии и Калифорнии летом этого года. Данный американский штат был выбран в силу популярности на местном рынке всех машин с диковинными силовыми установками, позволяющими заботиться об окружающей среде. Кроме того, здесь имеется сеть водородных заправочных станций, и это облегчит эксплуатацию машины владельцам. Полный бак водорода можно заправить за время от одной до трёх минут, после чего проехать на этом запасе топлива более 600 км, выделяя в качестве выхлопа лишь водяной пар. Бортовая энергосистема кроссовера также рассчитана на питание электроэнергией внешних потребителей суммарной мощностью до 1500 Вт. Это может быть полезно не только при организации отдыха на природе, но и во время стихийных бедствий.

Многие источники по итогам прошлого года сообщили о снижении темпов роста рынка электромобилей, причём на фоне острой ценовой конкуренции подобная динамика явно ударит по автопроизводителям. Как выясняется, машины на водородных топливных элементах не спешат набирать популярность, всё ещё оставаясь малочисленной категорией транспортных средств. В прошлом году их объёмы продаж сократились на 30,2 %.

Источник изображения: Hyundai Motor

Об этом сообщает издание Business Korea со ссылкой на статистику SNE Research. Впервые за три года, как отмечает источник, объёмы реализации машин на водородном топливе сократились в последовательном сравнении. С января по декабрь прошлого года в мире был продан 14 451 автомобиль на водородных топливных ячейках.

Южнокорейская Hyundai Motor более не может считаться крупнейшим поставщиком водородной автомобильной технике в мире, поскольку её объёмы продаж в прошлом году сократились на 55,9 % до 5012 машин, включая коммерческую технику. Основные объёмы продаж Hyundai приходились на легковой «водородомобиль» Nexo, но они сократились с 11 179 до 4709 экземпляров в 2023 году.

На первое место в мировых масштабах вырвалась китайская China Commercial, которая смогла реализовать 5362 автомобиля на водородных топливных ячейках по итогам 2023 года, и не только продемонстрировала рост на 2,4 % по сравнению с 2022 годом, но и заняла лидирующие позиции на рынке с долей 37,1 %. Кстати, этот поставщик занимает доминирующие позиции и на китайском рынке, ёмкость которого по итогам прошлого года достигла 5600 машин. Китай занимает 38,8 % мирового рынка водородного наземного автотранспорта, Южная Корея довольствуется вторым местом и 32 % с 4631 проданным автомобилем, США занимает третье (20,7 % и 2992 штук), Европа довольствуется 5,3 % рынка и 773 машинами, а Япония ограничивается 2,9 % рынка и 424 экземплярами. Кстати, в Японии реализуется лишь малая часть выпускаемых там машин на водородном топливе, поскольку одна только Toyota в прошлом году выпустила 3839 автомобилей такого типа, увеличив свою долю на мировом рынке до 26,6 %.

Динамика продаж по странам демонстрирует разнонаправленность. В Южной Корее они по итогам прошлого года сократились на 55,2 %, в Китае выросли на 2,8 %, в США продемонстрировали падение на 10,5 %, а Европа и Япония демонстрировали отрицательную динамику с 39,5 и 49,9 % падения соответственно. Успеху водородного транспорта на китайском рынке во многом способствовала государственная программа развития сопутствующей инфраструктуры, ведь без развития мощностей по добыче водорода и заправочных станций рынок двигаться вперёд не может. Аналитики отмечают, что рост стоимости водородного топлива негативно сказался на объёмах продаж соответствующих транспортных средств в прошлом году.

На днях на выставке в Майами компания Yamaha показала первую в мире моторную лодку с подвесным двигателем внутреннего сгорания на водороде. Это не просто лодка с новым мотором. Это испытательный комплекс, с самого начала созданный как интеграционный для новых безуглеродных технологий. Полевые испытания лодки и мотора начнутся летом, чтобы выявить сильные и особенно слабые места в проекте.

Источник изображений: Yamaha

Прототип моторной лодки с подвесным ДВС на водороде японский разработчик создавал совместно с компаниями Roush и Regulator Marine. Компания Roush, как специалист в системах питания, двигателях и транспортных систем от автомобилей до аэрокосмической отрасли, разработала блок хранения, расхода, заправки и правила безопасности при обращении со сжатым водородом. Фактически Roush предложила конструкцию баллонов для водорода и систему подачи топлива в двигатель.

Разработчику и производителю моторных лодок — компании Regulator Marine — пришлось учитывать «баллонную» особенность водородных ДВС и проектировать лодку с учётом оптимального размещения баллонов. Баллоны со сжатым водородом разместили по центру лодки, убрав оттуда ряд деталей — ящиков для рыболовных снастей и другое. В будущем, вероятно, моторные лодки для ДВС на водороде придётся проектировать с учётом более рационального размещения баллонов, что может привести к интересным вариантам дизайна.

На выставке Yamaha не стала распространяться о характеристиках двигателя на водороде. Известно, что представленная модификация создана на основе штатного бензинового ДВС Offshore V8 мощностью 425 и 450 л.с. — старшего в линейке подвесных лодочных моторов компании. Будет интересно узнать об испытаниях прототипа. Партнёры уверены, что за такими двигателями будущее. Главное, чтобы их эксплуатация была безопасной.

Молодая компания из Чикаго Celadyne собрала средства на производство придуманных ею протонообменных мембран для водородных топливных ячеек и электролизёров. Утверждается, что мембрана с покрытием из наночастиц повысит эффективность топливных элементов и электролизёров на 15–20 %. Благодаря новой мембране водородное топливо станет конкурентоспособным по сравнению с ископаемым в ряде областей применения, что ценно само по себе.

Образец мембраны с нанопокрытием. Источник изображения: Celadyne

Получение водорода методом электролиза с помощью электрического тока из воды с разделением на водород и кислород, а также обратный процесс — работа топливной водородной ячейки с получением электричества в процессе соединения водорода с кислородом фактически в обоих случаях использует одну и ту же протонообменную мембрану. Мембрана должна надёжно разделять реагенты, водород и кислород, для чего её делают достаточно толстой. При этом полной изоляции достичь нельзя, и проникновение водорода через мембрану снижает срок работы ячейки, а также электролизёра.

Компания Celadyne испытала для протонообменной мембраны покрытие из нанокристаллов оксида титана. По её словам, предложенное решение надёжно защищает от прохода водорода через мембрану даже небольшой толщины. При производстве мембраны с покрытием необходимо добавить лишь одну новую операцию в обычный процесс выпуска рулонным способом мембран для современных топливных элементов. Внедрить новый техпроцесс будет несложно, и это поможет увеличить как долговечность топливных ячеек и электролизёров, так и эффективность одних и других.

Компания Celadyne провела переговоры с рядом автопроизводителей, включая компанию Toyota, а также с некоторыми коммунальными компаниями из энергосектора в США. Она договорилась поставить им свои протонообменные мембраны для изучения. Также Celadyne сумела привлечь инвестиции на сумму $4,5 млн от компаний Dynamo Ventures и Maniv с участием EPS Ventures. На эти деньги будет развёрнуто массовое производство новых мембран для отправки заинтересованным производителям.

Даже в недалёкой перспективе благодаря мембранам с нанопокрытием производство каждого кг водорода может снизиться до $1, хотя в США считают успехом снижение стоимости производства водорода даже до $3 за кг. С заявленной целевой стоимостью производства водорода он сможет в некоторых областях составить конкуренцию ископаемому топливу, уверены в Celadyne.

Нидерландская судостроительная компания Holland Shipyard Group начала переоборудовать баржу-контейнеровоз FPS Waal с дизельных двигателей на электрические с питанием от водородных топливных элементов. Заказчик работ — компания Future Proof Shipping — в течение следующих пяти лет намерена построить и запустить по Рейну до 10 каботажных судов с нулевым уровнем выбросов CO₂, что сделает воздух над рекой немного чище и свежее.

Источник изображения: Future Proof Shipping

Между Нидерландами и Германией, а также внутри этих стран значительная часть грузов перемещается по водным артериям Рейна. До последнего времени грузы в контейнерах перевозили баржи на дизельных двигателях внутреннего сгорания. Компания FPS решилась на перемены примерно год назад, когда заказала замену дизельного оборудования на одной из своих барж постройки начала 90-х годов прошлого века на электрические двигатели, топливные ячейки и баки для хранения водорода.

Первая баржа H2 Barge 1 размерами 109,8 × 11,4 м с грузоподъёмностью 190 стандартных 20-футовых (6-м) контейнеров начала курсировать между портом Роттердам в Нидерландах и внутренним терминалом BCTN в Мерхауте, Бельгия, с июня 2023 года. На основе полученного опыта компания Future Proof Shipping заказала модернизацию второй дизельной баржи в водородную — H2 Barge 2, которая получила усиленную топливную установку мощностью 1,2 МВт.

На второй барже разместят 6 топливных ячеек производства канадской компании Ballard Power Systems мощностью 200 кВт каждая. Баржа H2 Barge 2 будет курсировать между Роттердамом и Дуйсбургом (Германия). Проект модернизации поддержан рядом европейских организаций. Ожидается, что инициатива найдёт поддержку у других европейских перевозчиков и не только для речного судоходства.

Компании General Motors и Honda объявили, что на их совместном предприятии FCSM стартовало производство водородных топливных элементов, которые будут использоваться в «различных продуктах».

Источник изображения: global.honda

Энергоисточником таких элементов является сжатый водород, а при отработке выбросом оказывается водяной пар. Сегодня данная технология применяется в тяжёлых транспортных средствах и мобильных генераторах — она позволяет отказаться от традиционных ископаемых видов топлива. Совместное предприятие FCSM (Fuel Cell System Manufacturing — «Производство систем топливных элементов») было создано GM и Honda в 2017 году. Два автопроизводителя также занимались совместным выпуском электромобилей Honda Prologue, Acura ZDX и Cruise Origin.

Завод FCSM площадью 6500 м², расположенный в Браунстауне (США, шт. Мичиган), был построен на совместные средства GM и Honda — размер фонда составил $83 млн. Компании называют его «первым крупномасштабным совместным предприятием по производству топливных элементов». В сегменте легковых автомобилей водород большой популярности не снискал. Honda была одной из немногих компаний, выпустивших на рынок модель с водородным двигателем — Clarity, но в 2017 году её сняли с производства. Проблема оказалась в практически полном отсутствии заправочной инфраструктуры. Сейчас автопроизводители переключились на грузовые автомобили и спецтехнику на водороде — заправочные станции проще строить для машин, которые работают в ограниченном пространстве.

Недостатком водорода является невысокая плотность энергии на единицу объёму, что затрудняет его хранение: требуются высокое давление, низкие температуры или химические процессы. Важно преодолеть эту проблему для машин малой грузоподъёмности, обладающих небольшими размерами и малыми ресурсами для хранения топлива. Ещё одна проблема в том, что значительная часть водорода производится на основе паровой конверсии метана, которая даёт на выходе углекислый газ. Метан же является ещё более мощным парниковым газом, чем углекислый, и он постоянно улетучивается на всех этапах от производства до конечного использования.

Стремление сделать гражданскую авиацию экологически чистой практически не оставляет альтернатив для выбора топлива. На батарейках далеко не улетишь, поэтому в качестве топлива всё чаще и чаще рассматривается водород. Самолёты могут летать как на топливных ячейках, так и непосредственно на сжигании водорода. В любом случае будет стоять задача взять на борт как можно больше горючего и с этого места появляются варианты.

Источник изображения: ZeroAvia

Водород может сжижаться с использованием криогенного охлаждения (-253 °C), а может сжиматься при обычной температуре в газообразном состоянии. Так же есть варианты экзотических способов хранения водорода в пористых материалах и в соединениях, но это требует более сложных и не до конца изученных процессов.

Но есть ещё один вариант, который впервые был предложен 25 лет назад исследователями Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса. Он предусматривает криогенное охлаждение водорода (сжижение) и последующее сжатие. Сжатие до примерно 240 атм позволяет поднять плотность топлива и, следовательно, запасаемой энергии. Самолёт на такой системе сможет пролететь ощутимо дальше без существенных затрат на усложнение оборудования.

Вопросами использования сжатого криогенно охлажденного водородного топлива занялась молодая компания Verne из Сан-Франциско. Сотрудники компании изучили опыт учёных из Ливерморской национальной лаборатории и провели там в прошлом году ряд натурных экспериментов. Опыты показали, что предложенное Verne решение позволяет хранить в криогенных баках под давлением на 27 % больше сжиженного водорода. В компании считают, что могут довести этот показатель до 40 %, что означает примерно такое же увеличение дальности полёта.

Другими преимуществами криогенно сжиженного водорода под давлением станет простая перекачка топлива при дозаправке (баки танкера под давлением сами заполнят топливные баки), а это колоссальная экономия на инфраструктуре аэропортов, а также более простая конструкция бака по сравнению с ёмкостью для газообразного водорода под давлением 700 бар и, наконец, происходит самоохлаждение топлива в процессе его выработки за счёт естественного расширения газов в баке.

Опытный бак для хранения сжиженного водорода под давлением. Источник изображения: Lawrence Livermore National Labs

Но самой главной новостью стала информация о заключении компанией Verne договора о совместной разработке и испытании самолёта на криогенно сжиженном и сжатом водороде с компанией ZeroAvia. Год назад ZeroAvia организовала первый полёт самого большого гражданского самолёта на водородных топливных ячейках, и она намерена найти лучший способ использования водорода в качестве топлива для авиации. Предложение изобретателей Verne было воспринято с энтузиазмом и, возможно, оно окажется перспективным.

Серьёзная проблема водородных ДВС кроется в слишком бедной топливной смеси, которая не позволяет создавать мощные двигатели, например, для гоночных автомобилей. Похоже, разработчики из Австрии смогли её обойти, предложив водородный двигатель с прямым впрыском воды в камеру сгорания. Испытания показали, что новый двигатель выдаёт более 200 л.с. на литр и этим рвёт все шаблоны.

Источник изображений: AVL

Водородные двигатели внутреннего сгорания менее экологичны, чем платформы на водородных топливных ячейках. Но у них есть важное преимущество — они могут выдавать большую мощность. Правда, на уровень мощности влияет степень обогащения топливной смеси воздухом. Традиционно в водородных ДВС топливная смесь бедная — там слишком много воздуха. Чтобы довести соотношение воздуха и водорода в камере сгорания до идеальной инженеры из компании AVL создали систему контролируемого прямого впрыска воды в камеру наряду с использованием турбокомпрессора для замедления горения.

Моделирование на компьютере подтвердило работоспособность идеи, и инженеры создали прототип 2-литрового четырёхцилиндрового двигателя. На стенде прототип выдал мощность 410 л.с. (302 кВт) при 6500 об/мин и крутящем моменте 500 Н·м в диапазоне от 3000 до 4000 об/мин. Позже двигатель будет испытан на гоночном автомобиле на трассе.

По словам представителей компании, интеллектуальная система впрыска воды PFI подает воду в канал подачи воздуха в камеру сгорания, предотвращая возможность преждевременного воспламенения и изменяя соотношение воздух-топливо от обедненного до стехиометрического (идеального для водородного топлива) уровня. Воздух подается системой турбонаддува. С такими двигателями гоночные авто станут экологически чистыми, не потеряв в мощности и оставаясь ревущими монстрами — всё, как мы любим.

Британская промышленная инженерная компания Rolls-Royce разработала новые топливные форсунки и другие компоненты, которые позволяют использовать водород в авиадвигателе даже на взлётных режимах. Испытания проводились в камере сгорания турбовентиляторного двигателя Pearl 700, развивающего тягу более 8000 кгс, на самолёте Gulfstream G700. По утверждению Rolls-Royce, испытания прошли успешно, работа камеры сгорания и выбросы соответствовали ожиданиям.

Источник изображений: Rolls Royce

Хотя водород является одним из самых сложных в обращении видов топлива, его сжигание не приводит к выбросу парниковых газов в атмосферу, что делает его весьма перспективным топливом для авиаперевозок будущего. Кроме того, при испытаниях использовался «зелёный» водород, выработанный с помощью ветряных и приливных электрогенераторов. Помимо прочего, эксперимент косвенно подтверждает верный выбор стратегии декарбонизации Rolls-Royce.

Новые топливные форсунки Rolls-Royce стали ключевым элементом для успешного использования водорода в качестве топлива в режимах максимальной мощности, необходимых для взлёта самолёта. Водородные форсунки были предварительно протестированы в Университете Лафборо в Великобритании и Немецком аэрокосмическом центре.

Камера сгорания, сопло и форсунки для распыления водородного топлива, участвовавшие в тесте, были спроектированы с учётом особенностей сгорания водорода, так как им пришлось выдерживать более высокую температуру сгорания, поскольку горючесть водорода выше, чем у керосина.

Компания Rolls-Royce утверждает, что ей удалось сделать процесс сжигания водорода в двигателе полностью управляемым, а проведённые испытания позволили собрать большой массив данных о горючести водорода в разных режимах и условиях и о его потенциальной пригодности для реактивных полётов.