Toyota Mirai. Порождающий воду

Toyota Mirai. Порождающий воду

текст: Иван Соколов / фото: Toyota / 11.06.2015
Удивительный факт: водород, являющийся самым распространенным элементом во вселенной, использовать в качестве топлива додумались еще два столетия назад на первых в истории ДВС. И только в наши дни появилась-таки надежда пустить водород в широкие массы. Знакомьтесь, перед вами Toyota Mirai — автомобиль, который может изменить ход автомобильной истории

ПРИЧИНЫ БЕСПОКОЙСТВА

Перед тем как детально изучить японскую новинку, стоит ответить на вопросы о причинах ее появления. Несложно догадаться, что главная из них кроется в экологии: например, в 2009 году именно от работы разного рода транспорта в атмосферу нашей с вами планеты производилось около 25 % выбросов углекислого газа. И по оценкам Международного энергетического агентства ситуация в ближайшие годы будет ухудшаться чуть ли не в геометрической прогрессии: по словам специалистов, уже к 2050 году упомянутый процент выбросов может удвоиться и продолжит расти по мере увеличения мирового автопарка. Если все так, то почему именно к водороду как виду топлива в последние годы вдруг стало проявляться столь пристальное внимание? Ведь, казалось бы, еще совсем недавно на водородных автомобилях был практически поставлен крест из-за нецелесообразности их внедрения, а весь интерес перешел к электро- и гибридомобилям. Начнем с азов.

Toyota Mirai. Порождающий воду

По удобству заправки Mirai почти не уступает автомобилям с классическим ДВС: для заполнения двух баков емкостью 60 и 62,4 литра требуется около трех минут

ОБЪЕКТ ИЗУЧЕНИЯ

Свое имя водород (Hydrogen) получил от латинского Hydrogenium, что буквально означает «порождающий воду». Догадываться о существовании этого замечательного химического элемента, который значится в таблице Менделеева как Н2, люди стали еще в 16–17 веках. Во времена, когда химия только-только стала приобретать статус науки, ученые впервые заметили выделение горючего газа при взаимодействии кислот и металлов. Официальным же открывателем химического элемента стал Антуан Лавуазье, который совместно с инженером Жаном Меньё в 1783 г. установил, что «горючий воздух» входит в состав воды и может быть из нее получен. К этому заключению ученые пришли, осуществив анализ воды, разложив водяной пар раскаленным железом.

Toyota Mirai. Порождающий воду

Toyota Mirai. Порождающий воду

ПЕРВЫЕ ШАГИ

Ждать практического применения водорода по историческим меркам пришлось недолго: уже в 1807 г. французско-швейцарский изобретатель Франсуа Исаак де Ривас построил первый поршневой двигатель, который работал на газообразном водороде. В процессе сгорания выделялись энергия и выхлопные газы в виде водяного пара и некоторого количества азота. Агрегат, часто именуемый «машиной де Риваса», стал прообразом современных ДВС, имея в своем арсенале и шатунно-поршневую группу, и искровое зажигание. Неудивительно, что попыток использовать самый распространенный элемент во Вселенной (на его долю приходится около 88,6 % всех атомов) вместо привычного бензина и дизеля за всю историю автомобилестроения предпринималось немало. Хотя более или менее успешно внедрить такой ДВС в самоходную повозку получилось только полвека спустя. Пионером здесь стал бельгийский изобретатель Жан Жозеф Этьен Ленуар: его экипаж на основе одноцилиндрового двухтактного двигателя самостоятельно проехал от Парижа до Жуинвиль-ле-Понта. Заметно позднее, уже в 20 веке, инженерами было предпринято куда большее количество попыток «приручения» непослушного элемента, но до серийных автомобилей дело так и не доходило. Чем же водород так приглянулся автомобилестроителям, и отчего процесс его освоения оказался столь долог и тернист?

Toyota Mirai. Порождающий воду

Интерьер водородомобиля столь же необычен, как и его экстерьер, хотя большинство органов управления остались более-менее привычными. Управление второстепенными функциями медиасистемы и климат-контроля — сенсорное

ОСНОВНЫЕ ДОВОДЫ

Одной из причин интереса к водородному транспорту стал рост цен на энергоносители (уголь, нефть и их производные). И хотя с середины 2014 года цена барреля нефти упала почти вдвое, на российских продуктах нефтепереработки это, естественно, не отразилось: в отличие от США, цены на бензин и дизтопливо даже и не думают падать. Другая серьезная проблема — ограниченность и невозобновляемость природных ресурсов. Так, по приблизительным подсчетам специалистов при нынешних темпах потребления разведанной нефти хватит примерно на 40 лет, а неразведанной — еще на 10—50 лет. Это, конечно, не может не настораживать. Не менее значимый стимул в поисках альтернативы — стремление стран, особенно тех, что обделены данными природными богатствами, обрести энергетическую независимость. Водородное топливо здесь выгодно отличается — элемент хоть и не встречается в природе в чистой форме, может извлекаться из других соединений с помощью различных химических методов. Здесь, правда, мы возвращаемся к главной проблеме: чтобы добыть Н2, в большинстве случаев требуются затраты электроэнергии, вырабатываемой за счет преобразования различных видов топлива (в России, например, доля получаемой с помощью ТЭС электроэнергии составляет 67%). Но прогресс не стоит на месте: доля современной возобновляемой энергии (гидроэнергия, энергия ветра и солнца, биоэнергетика и т. д.) растет, и в 2013 году этот показатель составил уже 21 % от общего объема. Ну и, пожалуй, последняя важная причина использования водорода — отсутствие вредных выбросов или хотя бы их минимальное наличие.

Toyota Mirai. Порождающий воду

Toyota Mirai. Порождающий воду

Водород в Mirai необходим вовсе не для воспламенения, а для участия в электрохимической реакции в блоке топливных элементов Toyota FC Stack. Ячейка водородного элемента по сути состоит из положительных и отрицательных электродов, разделенных электролитом

Toyota Mirai. Порождающий воду

По сравнению с топливными ячейками, устанавливаемыми на концепте FCHV-adv с 2010 по 2013 год, стоимость элементов в Mirai снизилась почти в 20 раз!

ДОЛОЙ ГОРЕНИЕ!

И здесь мы, наконец, подошли к главной проблеме: как рациональнее, удобнее и эффективнее превратить водород в электроэнергию? В большинстве опытных и предсерийных автомобилей водород использовали как топливо в обычном ДВС: в этом случае мощность в сравнении с бензиновым эквивалентом снижалась до уровня 65–82 %. Теоретически мощность можно и нарастить (были случаи ее увеличения до 117 %), если внести изменения в систему зажигания. Но тогда теряется весь смысл использования этого топлива: из-за возросшей температуры воспламенения смеси сильно увеличиваются выбросы окислов азота и повышается износ деталей двигателя, сильно снижая его ресурс. Роторно-поршневые моторы такого недостатка лишены: там горючая смесь поступает в относительно холодную камеру мотора, где неконтролируемое самовоспламенение практически исключено. С серийными роторными моторами в последние годы имели дело только в «Мазде», где также экспериментировали с водородным топливом. Но особым успехом этот опыт не увенчался: проблема образования окислов NO в этом случае не решается, а повышенного расхода масла, которое, по сути, выбрасывается в атмосферу, избежать не получается. Именно поэтому более перспективным способом преобразования водорода в электроэнергию стали топливные элементы, которые только начали успешно применяться автопроизводителями. И если в случае автомобилей с ДВС водород используется в качестве замены привычному топливу, то транспортные средства с топливными элементами — это совершенно другой класс. Последние можно отчасти считать гибридными электромобилями с водородной мини-электрос танцией. И в числе пионеров, как вы уже догадались, — Toyota. Главная особенность такой системы — полное отсутствие процесса горения. А это уже совсем другое дело!

Toyota Mirai. Порождающий воду

Toyota Mirai. Порождающий воду

Электрический постоянный ток, выходя из топливных элементов, проходит через конвертер, в котором преобразуется в переменный ток

Toyota Mirai. Порождающий воду

Силовая установка Mirai — «гибридная». Запасенное при рекуперации электричество здесь хранится в дополнительной АКБ

ЭВОЛЮЦИЯ БУДУЩЕГО

Mirai в переводе с японского означает «будущее». Что ж, не осмелюсь с этим спорить — водородная Toyota, на мой взгляд, может стать еще более успешным новатором, чем популярнейший гибрид Prius,  который прижился даже в России. И дело тут вовсе не в еще более экстравагантно-космическом дизайне кузова. Для большей наглядности, думаю, лучше просто привести некоторые характеристики: мощность силовой установки водородного седана составляет 155 л. с., разгон до сотни занимает приемлемые 9 секунд, запаса «водородного» хода должно хватить примерно на 483 км, а время полной заправки не превышает 3 минут. Неплохо, особенно если учитывать, что по размерам водородомобиль отнюдь не маленький и сопоставим с седаном D-класса — Toyota Camry! В чем же секрет этой компоновки? Принцип действия вроде бы прост, но лишь на первый взгляд. Водород, хранящийся в двух баках высокого давления емкостью 60 и 62,4 литра, и кислород, поступающий через огромные воздухозаборники, одновременно направляются в блок топливных элементов Toyota FC Stack. Здесь в результате химической реакции взаимодействия водорода и кислорода вырабатывается обычная вода (знакомая со школы реакция Н2 + О2 = Н2О) и помимо этого — электроэнергия. А коли есть энергия, есть и движение! Электрический ток, произведенный в топливных элементах, проходит через преобразователь FC Boost Converter, в котором постоянный ток преобразуется в переменный, а напряжение увеличивается до 650 вольт. Последний этап сего действа — синхронный электродвигатель, который передает момент на ведущие передние колеса. Приятная особенность такой схемы — характерный для электромобилей высокий крутящий момент, составляющий внушительные 335 Нм. Электродвигатель работает и как генератор, регенерируя энергию при торможении во вторичный аккумулятор — никель-металлгидридный, с максимальной выходной мощностью 21 кВт. Последний девайс, кстати, является больше вспомогательным: его энергия будет задействована при резком ускорении. Вся прелесть водородной схемы подобного типа — крайне высокий КПД, который составляет 83 % (для сравнения, 1,3-литровый тойотовский двигатель VVT-iE, который появился в 2014 году, на сегодня имеет самый высокий среди бензиновых моторов максимальный КПД 38 %).

Toyota Mirai. Порождающий воду

Несмотря на сложную конструкцию, компоновка Mirai получилась весьма компактной

КОНЕЧНЫЙ ПРОДУКТ

В итоге у «Тойоты» получился современный автомобиль, который по характеристикам и эксплуатационным качествам может не уступать ни автомобилям с классическим ДВС, ни электромобилям. По сравнению с бензиновыми машинами здесь сохраняются сопоставимый запас хода и почти такая же мобильность (разве что в канистру водород залить не получится), а главное — быстрая заправка топливом. Это все, конечно, справедливо при условии широкого распространения водородных АЗС. С этим дела вроде бы налаживаются. Например, в Японии уже построено 17 заправочных водородных станций, к 2016-му обещают 100; в Германии 15, в 2015-м будет 50, а к 2020-му — 1000; в Корее к 2020 году должны построить 160. Про Россию пока что говорить рано. Производители электромобилей здесь могут противопоставить возможность зарядки автомобиля дома, но процесс этот зачастую медленный и не всегда удобный — поблизости должна быть электросеть. В «Тесле» пошли по другому пути и стали предлагать экспересс-замену аккумуляторов, но в таком случае исключается возможность унификации. Соответственно, нужно будет искать специализированную зарядную станцию (в ближайшем будущем компании вряд ли согласятся производить одинаковые АКБ). Что до электромобилей, то от них в водородомобиле Mirai — одни плюсы.

Toyota Mirai. Порождающий воду

Для гибрида объем багажника вполне приемлем и составляет 361 литр

Главные из них — возможность рекуперации энергии, высокий крутящий момент электродвигателя, низкий центр тяжести и отсутствие шумного и хлопотного в обслуживании классического ДВС. Ну и, конечно же, нулевой выброс. Еще один аргумент в пользу водорода — множество способов добычи, вплоть до извлечения из мусора и навоза! Забыл упомянуть еще один забавный «бонус»: Toyota Mirai можно использовать в качестве… передвижного электрогенератора мощностью 9 кВт! По словам создателей, одной заправленной до максимума «Тойоты» может хватить, чтобы в течение недели обеспечивать электроэнергией загородный дом.

Toyota Mirai. Порождающий воду

Под капотом — блок управления питанием и электромотор

После всего перечисленного у читателя наверняка должен возникнуть вопрос: сколько же чудо стоит? Рекомендованная розничная цена новинки на домашнем рынке составляет 7,23 млн иен (около $ 62 200). В США продажи стартуют лишь через год, но цена уже определена и составляет $57 500 (3 млн руб.). Зато там покупатель сможет рассчитывать на дополнительные скидки от правительства, которые составят около $12 000. Дорого? На мой взгляд, для столь инновационного автомобиля не так уж и много: уверен, со временем водородомобили станут гораздо доступнее. Остается лишь гадать, какова в ближайшем будущем будет стоимость водорода — есть сомнения, что ее будут завышать, как в случае с обычным топливом. Впрочем, промежуточные результаты уже можно подвести: за первый месяц на домашнем рынке седан Mirai заказали 1500 покупателей из Японии, хотя планировалось реализовать только 400.

Toyota Mirai. Порождающий водуToyota Mirai. Порождающий водуToyota Mirai. Порождающий водуToyota Mirai. Порождающий водуToyota Mirai. Порождающий воду (3 оценок, среднее: 4,00 из 5)
Загрузка...

Обсуждение

Ваш адрес email не будет опубликован.

Статьи по теме
Популярное