Оставаясь крупнейшим автопроизводителем в мире, японская корпорация Toyota Motor продолжает настаивать, что в обозримом будущем двигатели внутреннего сгорания никто не вытеснит с рынка, а потому имеет смысл вкладывать средства в оптимизацию их конструкции и характеристик. Toyota, Subaru и Mazda продемонстрировали прототипы новых ДВС, которые способны работать на различных видах топлива и лучше приспособлены к интеграции в гибриды.

Двухлитровый ДВС, способный работать на водороде. Источник изображений: Toyota Motor

Совместная презентация трёх компаний проходила под лозунгом Multipathway Workshop, который подразумевает наличие нескольких альтернативных путей достижения углеводородной нейтральности в сфере транспорта. Японские автопроизводители дали понять, что ДВС на новом этапе своей эволюции должны быть приспособлены к работе с новыми типами топлива, включая и углеродно-нейтральные. В частности, Toyota уже давно ведёт разработки по использованию сжиженного водорода в качестве топлива для ДВС, и силовые установки нового поколения будут приспособлены к нему наряду с биотопливом. В целом, Toyota в сотрудничестве с японскими топливными и химическими компаниями разрабатывает виды топлива, которые позволяют ДВС не выбрасывать углекислый газ в качестве побочного результата эксплуатации.

Toyota демонстрировала на мероприятии два рядных четырёхцилиндровых ДВС нового поколения, объёмом 1,5 и 2,0 литра, которые получились на 10 % компактнее и легче применяемых сейчас корпорацией двигателей сопоставимого объёма. Фактически, старшая модель объёмом два литра превосходит по мощности турбированный двигатель объёмом 2,4 литра, но при этом оказывается легче и компактнее. Важно, что эти двигатели изначально рассчитаны на использование различных видов топлива, включая биотопливо и сжиженный водород. Когда Toyota выведет такие ДВС на рынок, не уточняется, но компания ставит перед собой цель сделать это до очередного ужесточения экологических норм.

Прототип двухроторного ДВС марки Mazda. Источник изображений: Toyota Motor

Важно, что сниженная масса и габариты новых ДВС сами по себе положительно влияют на экологию. Более лёгкий двигатель позволит снизить вес авто, а это означает меньший расход топлива и заряда тяговой батареи, если речь идёт о гибридах. Уменьшенные габариты позволяют ниже опустить крышку капота, как поясняет Toyota, а это благоприятно сказывается на аэродинамике и всё том же расходе топлива. Новое семейство двигателей оптимизировано для использования в гибридных силовых установках.

Subaru идёт традиционным для себя путём, пытаясь сохранить оппозитную компоновку ДВС с низким центром тяжести, но также предусматривает использование таких двигателей в гибридных силовых установках и их работу на сжиженном водороде.

Макет однороторного ДВС марки Mazda. Источник изображений: Toyota Motor

Компания Mazda возрождает идею использования роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания на легковом транспорте. На стенде автопроизводитель продемонстрировал прототип двухроторного двигателя такого типа, а также прототип однороторного ДВС, который предназначен для интеграции в гибридную силовую установку.

Руководство Toyota считает, что в этом десятилетии аккумуляторным электромобилям не удастся завоевать более 30 % мирового рынка. В структуре продаж автомобилей самой Toyota в первом квартале 40 % занимали гибриды с ДВС, но на долю подзаряжаемых гибридов, аккумуляторных электромобилей и машин с водородными топливными ячейками пришлось не более 2,9 % из тех 2,4 млн автомобилей, которые Toyota реализовала за период.

В своём развитии стартап Nikola Corp прошёл через ряд серьёзных неприятностей, и на фоне нехватки средств решил сосредоточиться на выпуске грузовиков на водородных топливных ячейках для рынка США. На квартальной отчётной конференции этого автопроизводителя было заявлено, что из 42 выпущенных водородных грузовиков 35 были направлены американским дилерам для передачи клиентам.

Источник изображения: Nikola Corp

По данным Nikola, она стала первым поставщиком магистральных тягачей в Северной Америке, использующих водород в качестве топлива. В специальных ячейках он позволяет вырабатывать электроэнергию для питания силовой установки, а в качестве выхлопа такие транспортные средства выдают водяной пар. Семь грузовиков из первой партии компания оставила себе для демонстрационных целей и испытаний. На североамериканском континенте у неё уже нашлось около шести клиентов из числа транспортных компаний. Одному из них даже удалось совершить поездку на таком грузовике протяжённостью 1386 км с единственной заправкой на маршруте.

В прошлом году Nikola пришлось отозвать все выпущенные аккумуляторные грузовики серии Tre, чтобы заменить их тяговые батареи на более безопасные, не склонные к возгоранию. Эту работу она рассчитывает завершить к концу первого квартала, а в течение второго квартала или к началу третьего собирается вернуть все модернизированные грузовики клиентам. Только после этого она начнёт модернизировать аккумуляторные грузовики Nikola Tre из числа хранящихся на собственных складах. В дальнейшем они будут проданы до конца 2024 года.

Непосредственно говоря о финансовых итогах квартала, следует отметить, что выручка компании Nikola Corp выросла более чем в два раза до $11,5 млн, при этом итог всего 2023 года оказался хуже выручки 2022 года: $35,8 млн против $49,7 млн соответственно. Чистые убытки по итогам прошлого квартала удалось сократить с $222 до $153,6 млн, но по итогам всего 2023 года чистые убытки Nikola увеличились до $966 млн.

В середине ноября в журнале Science Advances вышла статья исследователей Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики, в которой сказано о достижении рекордного уровня разряда от падающей капли воды. Упавшая на специально подготовленную поверхность с высоты 25 см капля вызвала искровой разряд 1200 В, что примерно в четыре раза выше прежнего рекорда. Этой энергии хватило на расщепление воды на кислород и водород.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 2.2/3DNews

В ранее проводимых экспериментах выходное напряжение насыщения не превышало 350 В. Заряд возникает в процессе падения капли с высоты на наклонную поверхность. При соприкосновении капли с поверхностью возникает двойной электрический слой, делая всю систему похожей на суперконденсатор. Величина напряжения насыщения зависит от скорости скатывания капли по поверхности и от её растекания по поверхности. Как заявили учёные, приблизиться к теоретически возможному пределу выходного напряжения мешало недостаточное понимание физики процесса.

Источник изображений: Science Advances

В ходе эксперимента исследователи снимали падение капли на наклонную поверхность высокоскоростной камерой и соотносили эти данные с результатами измерений электрических характеристик процесса. Позже на основе полученных данных была построена убедительная модель. Работа помогла приблизиться к теоретическому пределу выходного напряжения в результате процесса.

Номинально величина искрового разряда достигла значения 1200 В. Этого оказалось достаточно, чтобы капля обычной водопроводной воды при нормальном атмосферном давлении и температуре, падающая на подготовленную наклонную поверхность, вызывала искровой разряд достаточной для ионизации газа силы. В своём опыте учёные, например, показали процессы ионизации гелия, а также разложения воды на кислород и водород, что может найти применение в передовых установках по добыче водорода.

На выставке ИННОПРОМ-2023 в Екатеринбурге московская компания «Аэромакс» представила вертолёт-беспилотник с водородным двигателем. Гражданская модель обеспечивает выброс без углерода — благодаря использованию водорода в атмосферу выбрасывается только вода.

Источник изображения: официальный сайт мэра Москвы

Как сообщают в московской мэрии, ещё в марте текущего года на базе индустриального парка «Руднево» начат выпуск гражданских беспилотников. Теперь ведётся расширение линейки БПЛА, в том числе — за счёт экологически безопасных моделей.

Анонс нового беспилотник на выставке ИННОПРОМ-2023 заместитель мэра столицы по вопросам экономической политики и имущественно-земельных отношений Владимир Ефимов отметил, что «на мероприятии был представлен экспериментальный образец первого беспилотного вертолёта SH-750 на водородном двигателе, рассчитанный на реализацию проектов по доставке грузов для различных отраслей экономики. Планируется, что испытания разработки завершатся в 2024 году».

Водородное топливо обладает важными преимуществами перед другими видами горючего — при его сгорании отсутствует углеродный след, загрязняющий атмосферу. Хотя при добыче водорода окружающая среда может получать долю вредных выбросов, сам водородный транспорт намного экологичнее вариантов на ископаемом топливе.

Источник изображения: официальный сайт мэра Москвы

Как сообщают в мэрии, SH-750 обеспечит грузоподъёмность до 300 кг и будет обладать улучшенными лётно-техническими характеристиками. В частности, скорость беспилотного вертолёта будет достигать 200 км/ч. При этом модель по задумке разработчиков сможет сопротивляться повышенной ветровой нагрузке и получит систему для борьбы с обледенением — благодаря этому вертолёт можно будет применять в регионах с экстремальным климатом.

В России активно развивают водородные технологии. Так, в апреле появилась новость о том, что ФГУП «НАМИ» планирует представить водородную версию премиального автомобиля Aurus Senat с увеличенным запасом хода в конце текущего года. В конце мая появилась информация о том, что исследователи из кемеровского ФИЦ угля и углехимии СО РАН разработали способ добычи водорода, в два и более раза превышающий по энергоэффективности классический метод добычи водорода из воды методом электролиза.

Водородное топливо в транспортной сфере предполагается применять в двух вариантах: напрямую в модифицированных ДВС или для выработки электроэнергии в топливных ячейках. Представителям одного из нидерландских университетов недавно удалось обновить рекорд продолжительности пробега транспортного средства на одном килограмме водородного топлива — экспериментальный трёхколёсный электромобиль смог проехать 2488 км.

Источник изображения: Delft University of Technology

Как поясняет Popular Science, предыдущий рекорд в 2056 км был установлен прототипом на основе Renault Zoe, оснащённым топливными ячейками с метанолом. Нидерландская машина Eco-Runner XIII является уже 13-м по счёту поколением транспортного средства, разработка которого началась ещё в 2005 году. Машину нельзя назвать практичной, поскольку ради облегчения конструкции она лишилась многих потребительских качеств. Приземистый обтекаемый корпус способен вместить одного человека, масса всей конструкции не превышает 72 кг, а предельная скорость ограничена отметкой 45 км/ч. Ради снижения массы углеволокно используется не только для производства кузова прототипа, но и отдельных элементов подвески и системы рулевого управления. В ходе эксперимента на закрытой трассе в Германии группа студентов на протяжении 71 часа сменяла друг друга за рулём прототипа через каждые пару часов, всего на 1 кг водорода машина смогла проехать 2488 км.

Разработчики Eco-Runner XIII также уделили особое внимание снижению потерь в цепочке преобразования водорода в электроэнергию для вращения тягового электродвигателя. В итоге машина получила водородные топливные ячейки нового поколения, которые обладают более высоким КПД. Конечно, в серию такую машину будет запустить проблематично, но некоторые наработки Eco-Runner XIII можно будет применить на более практичных транспортных средствах. Во всём мире в прошлом году было продано около 56 000 машин на водородном топливе, многие участники рынка грузоперевозок считают его одной из немногих разумных альтернатив дизельным двигателям.

Этим летом в Канаде начал курсировать первый в Северной Америке пассажирский поезд на водородном топливе. Демонстрационная эксплуатация французского Coradia iLint продолжится до конца сентября — создатели рассчитывают, что это будет способствовать внедрению подобного транспорта в Канаде и США.

Источник изображения: Alstom

Как заявил представитель местного совета Hydrogen Business Council провинции Онтарио, призванного способствовать развёртыванию водородных технологий, самым важным следствием станет осведомлённость местных жителей о водородном транспорте и повышение уровня психологического комфорта при использовании соответствующих технологий. Поезд ходит по провинции Квебек, из местной столицы — города Квебека в Бэ-Сен-Поль и обратно. Дорога в один конец занимает 2,5 часа, поездки продлятся до 30 сентября. Максимальная скорость поезда составляет 140 км/ч, он способен везти 120 человек в двух пассажирских вагонах.

Как заявляет французская Alstom, выпустившая поезд, характеристики ускорения и торможения сравнимы с показателями для классических дизельных поездов, зато отсутствуют вредные выбросы. В самой Европе применяется очень много электропоездов, питающихся от контактных проводов, а водородные варианты оптимальны для длительных перегонов, например — в Канаде с её большими пространствами и относительно низкой плотностью населения. То же в некоторой мере касается и США, во всяком случае — отдельных штатов.

Впрочем, такая же модель уже успешно тестировалась в восьми странах Европы. Так, 14 поездов начали курсировать в прошлом году по дорогам Германии. Тестирование поездов на водородном топливе началось в 2018 году и уже заключены дополнительные контракты с Германией, Италией и Францией. Сообщается, что всего европейские покупатели заказали 41 состав.

Coradia iLint использует около 50 кг водорода ежедневно. На такое же путешествие с использованием стандартных двигателей ушло бы примерно 500 литров дизельного топлива. Единственным выбросом в результате работы двигателей является водяной пар, возникающий в результате реакции водорода и кислорода в топливных ячейках, генерирующих энергию.

Стоит отметить, что с новым водородным поездом не всё так благополучно, как кажется на первый взгляд. Для транспортировки водорода используется грузовик на дизельном топливе — в будущем газ рассчитывают получать на месте заправки. Кроме того, СМИ уже задумываются, сколько всего выбросов отправилось в атмосферу в ходе его доставки в Канаду из Европы. Впрочем, поезд, по крайней мере, не придётся возвращать — после сентября его начнут тестировать в других городах Северной Америки. В будущем не исключается распространение такого транспорта во многих американских регионах. Считается, что такие экобезопасные поезда благодаря использованию «зелёных» технологий смогут с запасом компенсировать экологический ущерб, наносимый в ходе доставки к ним водорода и транспортировки самих поездов через Атлантику.

Компания Airbus настойчиво занимается разработкой и тестированием «зелёных» авиационных технологий, реализуя крупные проекты. Новые решения позволяют не только использовать полностью водородную топливную систему, но и применять в лайнерах водородную вспомогательную силовую установку (APU) — вместо т.н. «скрытого» авиадвигателя, применяемого для электроснабжения самолётов. Часть новых разработок базируются на космических технологиях.

Источник изображения: Airbus

Полностью «водородная» экономика требует не только простой замены одного топлива на другое, но и полного пересмотра двигательной и энергетической системы авиалайнеров. При сотрудничестве с ArianeGroup (совместным предприятием Airbus и Safran), компания Airbus завершила тестирование полнофункциональной системы подачи водорода в газотурбинные двигатели самолёта. Проект HyPERION начали реализовать в 2020 году, он предусматривает появление коммерческих водородных лайнеров к 2035 году. Тем не менее, для тестирования безопасности технологий и выявления недочётов, требующих доработки, требуется провести дополнительные работы.

Проект предусматривает использование опыта Airbus в строительстве самолётов и применение топливных систем на жидком водороде, разработанных ArianeGroup для космических ракет семейства Ariane. В новой системе водород хранится в состоянии сверхохлаждённой жидкости в криогенных ёмкостях. После впрыска в топливную систему он подогревается до газообразного состояния и доставляется в двигатели с оптимальной температурой и давлением. 12 мая ArianeGroup совместно с французской ONERA провела ряд испытаний совместимости материалов и технологий с использованием электронасоса, газового генератора и теплообменников, изначально предназначавшихся для ракет Ariane.

Ещё одним важным проектом занимается подразделение Airbus UpNext — оно работает над программой, предусматривающей замену «скрытого» авиадвигателя авиалайнеров на водородные топливные ячейки. Хотя большинство людей принимают во внимание только двигатели самолёта, расположенные под крыльями, в хвосте крупных лайнеров обычно имеется ещё один, приводящий в действие вспомогательную силовую установку (APU). Реактивный двигатель подключён к генератору и обеспечивает лайнеру освещение, работу камбуза, питание бортовой авионики и даже поддержание на борту необходимого давления, и т.п. В Airbus намерены создать к 2025 году прототип HyPower, который заменит APU на Airbus 330 — он будет использовать водородные топливные ячейки, что позволит обеспечивать авиалайнер электроэнергией без лишнего шума и с пониженными выбросами.

Источник изображения: Airbus

Новые тесты, по данным Airbus, являются очередным шагом к демонстрационному полёту, который должен состояться к концу 2025 года. В числе прочего планируется показать и процесс заправки авиалайнера, который, с учётом физических свойств водорода, сам по себе является весьма сложной задачей. Ожидается, что систему продемонстрируют в реалистичных условиях — авиалайнер полетит на высоте 7620 м в течение часа с 10 кг водородного топлива на борту.

В январе 2023 года появились новости о том, что компания ZeroAvia подняла в воздух крупнейший в мире пассажирский самолёт на водородной тяге — в воздухе он продержался 10 минут и значительно уступает размерами крупным авиалайнерам вроде Boeing и Airbus.

Энергетическое подразделение SK Group — SK E&S совместно с американской водородной компанией Plug Power потратят порядка $747 млн на строительство крупного производства водородного оборудования в Южной Корее. В совместное предприятие SK Plug Hyverse будут вложены почти равные доли, которые будут потрачены на строительство как самого производства, так и исследовательских мощностей.

Источник изображения: Younhap

Завод будет выпускать водородные топливные ячейки для транспортных средств и производства электроэнергии, а также электролизные установки. Коммерческие операции начнутся уже в 2025 году.

Ожидается, что завод начнёт поставлять продукты как на местный рынок, так и на рынки других азиатских стран. Кроме того, водородные ячейки будут использоваться в бизнесе SK E&S по выпуску «чистого» водорода на заводе Boryeong Blue Hydrogen Plant с 2026 года. Анонс инвестиций связан с государственным визитом президента Южной Кореи Юн Сок Ёля (Yoon Suk Yeol) в США, где были достигнуты новые соглашения о бизнес-сотрудничестве.

Совместное предприятие также планирует инвестировать в строительство станций заправки сжиженным водородом на территории Южной Кореи — в сжиженном состоянии этот газ имеет гораздо большую плотность хранения энергии, чем в газообразном.

В SK ES заявили, что совместный бизнес станет основой для становления национальной конкурентоспособности в мировой водородной промышленности. Сама SK будет использовать свои сильные стороны — опыт и связи в производстве, распределении и продаже энергии, а Plug Power обеспечит технологии для нового предприятия.

Ранее сообщалось, что международная группа учёных нашла способ получения водорода из морской воды без сложной фильтрации и дорогих катализаторов.

Известный автоконцерн Honda намерен превратить старые топливные ячейки для электромобилей своего производства в резервные источники питания дата-центров. Хотя компания отказалась от выпуска машин Clarity на водородных топливных элементах, некоторые старые топливные ячейки из машин этой модели теперь заработают снова — теперь в ЦОД к югу от Лос-Анджелеса. Пока речь идёт лишь о «доказательстве концепции», но в будущем компания намерена найти технологии коммерческое применение, причём такие «зелёные» элементы питания будут применять не только в ЦОД.

Источник изображения: Honda

Известно, что бывшие в употреблении водородные ячейки, генерирующие с помощью электрохимической реакции электроэнергию, ещё поработают для обеспечения электричеством серверов в дата-центре самой компании. Ранее Honda полагалась на дизельные резервные генераторы.

Впрочем, как сообщает TechCrunch, технология оказалась не такой безопасной, как могла бы быть. Компания признала, что использует не «зелёный» водород, что означает, что как минимум часть газа была получена с помощью ископаемого топлива. Хотя водородные топливные ячейки сами по себе относительно экобезопасны и, помимо электричества, выделяют только воду и тепло, косвенно они тоже причастны к загрязнению окружающей среды, поскольку большая часть водорода сегодня поступает из «грязных» источников и требует специальной инфраструктуры для доставки водорода на места — именно поэтому многие автоконцерны не верят в водородные технологии для автопромышленности.

Впрочем, Honda не намерена полностью отказываться от водородного транспорта и использование топливных ячеек в ЦОД, наоборот, в некоторой степени, служит рекламой водородных технологий в преддверии появления топливных ячеек нового поколения, разработанных совместно с General Motors. По данным автоконцерна, следующее поколение её топливных элементов будет применяться в модели на базе Honda CR-V и будет подготовлено к 2024 году.

Также компания планирует использовать новые ячейки и в качестве резервных генераторов электроэнергии, но для них, как утверждается, будет применяться только «зелёный» водород, добытый с помощью возобновляемой энергии. Помимо использования в ЦОД, генераторы смогут применять в качестве дополнительного источника питания даже промышленные предприятия в моменты пиковых нагрузок на электросеть.

«Доказательство концепции», как ожидается, должно будет вырасти в новую бизнес-модель, поскольку пилотный проект — удобный повод поговорить с СМИ о водородных технологиях вообще. Хотя рынки автомобилей захватывают электрические машины, Honda, похоже, заинтересована в сохранении водорода в повестке дня. В январе сообщалось, что Honda Motors создала подразделение, специализирующееся на электромобилях, как с аккумуляторными, так и с водородными топливными элементами.

Модифицированный компанией Universal Hydrogen пассажирский самолёт Dash-8 совершил 15-минутный полёт в США, полагаясь на возможности самого большого в авиации водородного топливного элемента. По словам главы Universal Hydrogen Павла Ерёменко, событие знаменует наступление «нового золотого века авиации». Хотя полёт был непродолжительным, он продемонстрировал возможность водородной авиатехники выполнять полёты.

Источник изображения: Universal Hydrogen

Dash-8, в основном используемый для региональных перелётов, обычно перевозит до 50 пассажиров. В данном случае самолёт, получивший имя Lightning McClean, имел на борту лишь двух пилотов и инженера, а также немало дополнительной техники, включая электродвигатель и огромную топливную ячейку. В салоне находились стойки с электроникой и сенсорами, а также два бака с 30 кг водорода. Электродвигатель компании magniX приводился в действие с помощью топливной ячейки, разработанной Plug Power, мощность которой составила 800 кВт. Ерёменко не исключает, что разработка его компании может со временем стать первым водородным самолётом, сертифицированным для эксплуатации на пассажирских авиарейсах.

По имеющимся данным, сегодня на авиацию приходится 2,5 % углеродных выбросов с перспективой роста до 4 %, а электродвигатели с водородными элементами фактически экобезопасны. Впрочем, до массового распространения водородной авиации ещё далеко. Если на одном крыле использовался электрически двигатель, то на втором — обычный турбовинтовой производства Pratt and Whitney, вдвое более мощный. Такой дополнительный «резерв прочности» позволил получить от Федерального управления гражданской авиации США лицензию на испытание.

Отчасти проблема заключается в том, что топливные ячейки сложно охлаждать, поскольку электрохимическая природа топливных ячеек требует специальных решений для поддержания допустимой температуры. Впрочем, по данным Universal Hydrogen, топливная ячейка, используемая компанией, может работать весь день без перегрева благодаря большим воздухоотводам.

Ещё одной проблемой является невысокая энергоёмкость и соответственно проблема хранения водорода на борту. Даже у сжиженного водорода она вчетверо ниже, чем у обычного авиатоплива — на 15-минутный полёт ушло более половины запаса водорода, находившегося в газообразном состоянии. В этом году компания планирует перейти на более «концентрированный» жидкий водород.

Источник изображения: Universal Hydrogen

Для хранения жидкого водорода Universal Hydrogen занималась разработкой стандартизированных модулей, которые можно легко подключать к топливной системе автомобилей, самолётов и другой техники и заменять по мере необходимости. Существующая конструкция позволяет поддерживать водород в жидком состоянии до 100 часов. Компания уже получила заказов на $2 млрд на «топливное обслуживание» на ближайшее десятилетие.

Прототипы водородных модулей продемонстрировали в декабре, позже в текущем году компания надеется начать строительство завода в Нью-Мексико. Хотя многие сомневаются в целесообразности использования водорода, Ерёменко уверен, что заставит технологию работать, особенно с учётом субсидий, выделяемых администрацией президента США для «зелёных» водородных решений в рамках Закона о снижении инфляции.

Объём инвестиций в компанию приближается к $100 млн, включая поступления от Airbus, General Electric, American Airlines, JetBlue и Toyota. Уже в 2025 году стартап намерен начать поставки комплектов для переоборудования самолётов вроде Dash-8 для использования с водородным топливом. Уже имеются предварительные заказы от 16 компаний общей стоимостью более $1 млрд. Первым пользователем технологии в США должна стать Connect Airlines.

Традиционный способ добычи водорода с помощью электролиза требует девять литров пресной воды для получения каждого килограмма водорода. С учётом дефицита водного ресурса курс на водород вызывает сомнения. Использование неподготовленной морской воды могло бы стать выходом, но до недавних пор приемлемой технологии для прямой добычи водорода из океанских вод не существовало.

Источник изображения: Pixabay

Решение нашли учёные из Австралии в сотрудничестве с коллегами из университетов Тяньцзинь и Нанкай в Китае и Университета штата Кент в США. По словам исследователей, они разработали способ для улучшения обычных коммерческих электролизёров, который позволяет расщеплять морскую воду с «почти 100-процентной эффективностью» без какой-либо предварительной обработки кроме фильтрации.

Традиционные металлические катализаторы на основе платины и других драгоценных металлов требуют длительной и сложной подготовки морской воды для добычи водорода. Учёные смогли приспособить для этого дешёвые катализаторы из оксида кобальта и оксида хрома, но предварительно обработали их поверхность так называемой кислотой Льюиса. В обычных условиях ионы хлора из морской воды разрушают такие соединения или вода засоряет катализаторы нерастворимыми осадками соединений магния и кальция, что быстро снижает площадь рабочей поверхности. Добавление кислоты блокирует все деструктивные химические процессы и позволяет недорогим катализаторам дольше оставаться рабочими даже в такой неподготовленной среде.

«Мы разделили обычную морскую воду на кислород и водород с почти 100-процентной эффективностью, чтобы получить экологически чистый водород путём электролиза, используя недрагоценный и дешёвый катализатор в коммерческом электролизёре», — сказал профессор Шижан Цяо.

«Производительность коммерческого электролизёра с нашими катализаторами, работающего в морской воде, близка к производительности платиновых/иридиевых катализаторов, работающих на сырье из высокоочищенной деионизированной воды», — добавил другой автор работы.

Предложенный метод был испытан в лабораторных условиях на небольшой установке. На следующем этапе учёные попытаются масштабировать решение для приближения к стадии коммерческого внедрения. Самым важным в разработке представляется возможность простой доработки уже существующих электролизёров, но есть и другие не менее интересные технологии добычи водорода из неподготовленной морской воды. Рано или поздно что-то из этого придётся брать на вооружение.

Приятным бонусом к добыче водорода из морской воды идёт получение пресной воды и полезных ресурсов. Всё это расценивается, как возможность развить на побережьях морей и океанов фабрик по добыче ценных ресурсов.

Компания ZeroAvia создала и подняла в воздух крупнейший на данный момент в мире водородно-электрический пассажирский самолёт Dornier 228. Вчера 19-местный двухмоторный самолёт, оснащённый прототипом водородно-электрической силовой установки, совершил 10-минутный полёт в Великобритании.

Источник изображения: ZeroAvia

Непродолжительный полёт из аэропорта Котсуолд стал частью проекта HyFlyer II — финансируемой государством программы, предусматривающей разработку малых пассажирских самолётов, более безопасных для окружающей среды, чем используемые сегодня модели. Силовая установка питается за счёт «сжатого газообразного водорода, вырабатывавшегося с помощью находившегося на борту электролизёра». Тестовая конфигурация включала два стека топливных ячеек и литийионные аккумуляторы, на время теста размещённые в салоне.

Впрочем, при коммерческом использовании предусматривается крепление источников питания снаружи фюзеляжа, чтобы обеспечить место для пассажиров. Кроме того, на правом крыле имелся стандартный турбированый двигатель Honeywell TPE-331 для создания дополнительной тяги при взлёте, а также обеспечения «страховки» на случай сбоев в работе экспериментальных систем.

В ZeroAvia заявляют, что намерены сертифицировать технологию уже в этом году, коммерческие рейсы планируется выполнять к 2025 году. Компания также работает над программой создания силовой установки на 2‒5 МВт, что позволит использовать технологию с лайнерами, рассчитанными на 90 пассажиров. Конечной целью является расширение использования технологии на узкофюзеляжные самолёты в следующем десятилетии. Такими, например, являются авиалайнеры серии Boeing 737.

Компания Shell подписала контракт с американской компанией NuScale, которая первой получила лицензию Комиссии по ядерному регулированию США (NRC) на строительство в стране малых модульных атомных реакторов. По контракту Shell и NuScale проработают проект производства водорода на таких реакторах. Модульные АЭС обеспечат мир не только чистой электрической и тепловой энергией, но также укрепят основу водородной энергетики, которая заменит природный газ.

Безопасная АЭС на модульных реакторах в представлении художника. Источник изображения: NuScale Power

Основной смысл производства водорода как сопутствующего продукта работы АЭС в том, что реакторы вырабатывают достаточно много избыточного тепла и электричества, чтобы хотелось использовать их с толком, а не просто рассеивать в окружающем пространстве.

Реакторы, даже малые, это инерционные машины. В случае появления излишков мощности её было бы желательно направить на выполнение полезной работы. В частности, на электролизные ячейки для получения водорода. Затем водород можно либо просто сжечь для получения тепла или электричества или использовать как топливо для транспорта и механизмов.

Наделить малые модульные реакторы решениями для баланса мощности в виде побочного производства водорода стало бы высшим пилотажем в сфере атомной энергетики. Малые реакторы ценны сами по себе, поскольку обещают такую выгоду, как быстрое тиражирование АЭС от проекта до ввода в строй без обычного перерасхода средств и затягивания строительства, чем болеют полномасштабные АЭС. И если к этому добавится возможность вырабатывать, хранить и обеспечивать транспортировку водорода, то это будет максимум, который можно будет выжать для будущей экологичной экономики.

Компании Shell и NuScale совместно оценят такую возможность. Они разработают проект установки по побочной выработке водорода модульными реакторами NuScale, испытают модели, способы интеграции, дадут оценку экономической эффективности, очертят границы возможностей и так далее. Возможно даже, что первый в США малый модульный реактор NuScale, который планируется построить на базе Национальной лаборатории в Айдахо, получит подобные установки для практического эксперимента, благо там нет ничего принципиально сложного.

Являясь крупнейшим автопроизводителем в мире, корпорация Toyota Motor до сих пор шла своим путём в части миграции на альтернативные энергоносители. Даже серьёзно продвинувшись в использовании водородных топливных ячеек, японский автогигант не забрасывает идею превращения водорода в топливо для ДВС с минимальными переделками. Очередной прототип позволяет ездить на водороде, сохраняя место в салоне для пятерых человек.

Источник изображения: CNET, Toyota

Как поясняет CNET, компания Toyota продемонстрировала прототип кроссовера Corolla Cross Hydrogen Concept, который оснащён модифицированным под работу на водороде двигателем внутреннего сгорания. Ранее компания уже испытывала на гоночном треке версию спортивного хэтчбека Yaris с силовой установкой такого типа, но тогда её элементы занимали не только багажник, но и пространство сидений второго ряда. В случае с кроссовером Corolla Cross в салоне машины остаётся достаточно места для пятерых человек. В качестве основы силовой установки используется турбированный ДВС объёмом 1,6 литра от GR Corolla.

Источник изображения: CNET, Toyota

Известно и о совместных экспериментах Toyota с компанией Yamaha по созданию двигателей внутреннего сгорания большого объёма, способных работать на водороде. По мнению руководства японского автогиганта, использование водорода в сочетании с ДВС способствует достижению экологических целей без серьёзных потрясений для отрасли по производству таких силовых установок. Как отмечается, сейчас Toyota находится примерно на 40 % пути к выпуску серийной версии машины с таким типом двигателя, а в случае с прототипом Corolla Cross Hydrogen Concept испытания в условиях зимы должны начаться на севере Японии уже в этом году.

В компании Airbus заявили о намерении протестировать в полёте силовой агрегат мегаваттного уровня, работающий на жидком водороде, уже к 2026 году. А первый полномасштабный авиалайнер с подобной двигательной установкой с нулевым выбросом должен быть введён в эксплуатацию к 2035 году.

Источник изображения: Airbus

Передовые силовые агрегаты будут заключаться в большие капсулы, закреплённые под крыльями в тех местах, где обычно располагаются турбины лайнеров, каждая капсула будет иметь внутри ёмкость для водорода и криогенное охлаждающее оборудование для поддержания водорода в состоянии ниже температуры кипения (при -253 °C). Также каждая капсула будет иметь собственную топливную ячейку для преобразования жидкого водорода в электричество, которое будет питать электродвигатели.

Так разработчик сможет освободить место в фюзеляже для груза и пассажиров. Кроме того, сами капсулы предполагается сделать сменными для обслуживания и большего удобства в целом, по имеющимся данным, предусмотрена даже замена в воздухе.

Пока же речь идёт о разработке прототипа, чьи водородные ёмкости будут расположены внутри фюзеляжа полноразмерного авиалайнера A380, а капсула с водородными ячейками для выработки электричества и двигателем будет расположена вверху над хвостовым оперением. При этом в Airbus заявляют, что такая конструкция не должна негативно повлиять на аэродинамику лайнера.

Использование водородной ёмкости внутри негерметичной части корпуса позволит имитировать «внешнее» расположение капсул, позволит держать водородное топливо отдельно от кабины и, наконец, обеспечит экстренную вентиляцию в случае утечки топлива.

Прототип водородного авиадвигателя. Источник изображения: Airbus

Конечной целью является создание авиалайнера с нулевым выбросом углекислого газа, способным нести достаточно экобезопасного топлива, чтобы летать теми же линиями, что и классические самолёты. Пока системы с электродвигателями и аккумуляторами слишком тяжелы и громоздки, а варианты с газообразным водородом хранят слишком мало горючего. С другой стороны, жидкий водород обеспечивает достаточное количество энергии на заданный объём и открывает широчайшие перспективы для экобезопасной авиации.

Тем не менее, передовая технология должна быть очень тщательно протестирована — пока её элементы использовались в космических программах и не предназначались для Земли. Впрочем, именно у Airbus имеется достаточно опыта и ресурсов для её подготовки к коммерческому использованию.

Airbus рассчитывает ввести в эксплуатацию первый авиалайнер с нулевым выбросом к 2035 году. В компании заявляют, что тестовый вариант на водородном топливе будет готов к 2026 году для начала испытаний, а в Тулузе, компания совместно с ArianeGroup построит первую в мире «заправку» жидким водородом для экобезопасных лайнеров, которая, как ожидается, будет работоспособной уже к 2025 году.

Недавно наземное тестирование варианта водородных двигателей провела компания Rolls-Royce.