Исландия одной из первых заметила потенциальную угрозу и поставила перед собой амбициозную цель. Небольшая европейская островная страна намерена стать полностью независимой от нефти и первым в мире государством, которое перешло на водород вместо горючего. Цель: 40% машин и судов перейдут на альтернативное топливо еще до 2020 года, а к 2040 - и все 100%.
Этот принцип не нов. Еще более полутора веков назад британский юрист и физик Уильям Роберт Гров писал, что "холодное горение" кислорода и водорода генерирует электрический ток. В 1839 он описал так называемые "гальванические газовые батареи". Так был изобретен топливный элемент. Впрочем, вскоре двигатель внутреннего сгорания занял основную нишу в автоинженерии. Хотя топливный элемент значительно совершеннее.
Вот как оно работает в альтернативных двигателях: водород вступает в реакцию, при этом выделяется электричество, тепло и вода. Более того, водород доступен практически в неограниченном количестве. Топливо, которое никогда не будет в дефиците, является отличной перспективой для всей автопромышленности.
"Топливный элемент является чрезвычайно эффективным изобретением - вдвое эффективнее, чем обычный двигатель. Он абсолютно бесшумный и не выделяет вредных газов. Топливные элементы - дешевые, они могут быть изготовлены в любых объемах - как питание для компьютера, так и для движения автомобиля или судна. Ни один двигатель внутреннего сгорания не сравнится с ним в этом", - говорит профессор Зигфрид Кройслер.
В отличие от сложных двигателей внутреннего сгорания, топливные элементы состоят всего лишь из нескольких неподвижных частей: двух электродов и сверхтонкой покрытой платиной полимерной мембраны. С совершенствованием производственного процесса содержание дорогостоящей платины свели к минимуму. Вместе с тем эффективность топливного элемента возросла, что позволило составлять его из меньших и более дешевых частей.
А теперь рассмотрим, как он работает. Со стороны анода катализатор на полимерной мембране разделяет молекулы водорода на протоны и электроны. Протоны проходят через мембрану, а электроны - через электрическую цепь и питают - в данном случае - электродвигатель. Со стороны катода, молекулы кислорода вступают в реакцию с электронами и протонами, образуя воду. Такое "холодное горение" вырабатывает электрический ток - примерно один вольт на элемент.
Поэтому, чтобы обеспечить достаточным зарядом автомобиль, сотни элементов объединяются в так называемые стеки топливных элементов. Напряжение каждого элемента суммируется, чтобы обеспечить мощность необходимую для движения автомобиля.
Едва ли не единственной проблемой автомобилей на водороде остается их ограниченный ассортимент. Они все еще не могут достичь такой зрелищности, как машины на обычных двигателях. Ученым еще есть над чем работать.
"Нам все еще нужно работать над системами, которые бы вместили еще больше водорода. Необходимо добиться лучшего наполнения топливом, чтобы облегчить жизнь потребителю. Мы должны убедить его, что водород такое же безопасное и надежное топливо, как бензин или дизель", - говорит инженер-исследователь Эрхард Шуберт.
Есть еще и другая проблема: у водорода все еще плохая репутация. Многие автолюбители опасаются, что малейшее столкновение может привести к взрыву. У них водород ассоциируется с водородной бомбой!
"Водород является почти столь же опасным, как и природный газ, которым мы пользуемся дома. Природный газ может взорваться, конечно, он относится к легковоспламеняющимся веществам. Но эту технологию используют десятилетиями. Поэтому я не думаю, что возникнут какие-то проблемы с водородным топливом", - говорит профессор Зигфрид Кройслер.
Поставку первых автомобилей на топливных элементах на рынок ожидают за 15 лет. Цена будет примерно такая же, как сегодня на машины с автоматической трансмиссией. Стоимость мембран и других компонентов постоянно снижается. Несколько лет назад презентационный образец топливного элемента стоил бы тысячи евро. Сегодня его можно приобрести за полторы сотни.
Преимущества новинки уже ощутили на автобусах. Многие компании инвестируют в водородный транспорт - и не только городского назначения. Автобусы на топливном элементе уже курсируют по дорогам Мадрида, Лондона, Пекина и Гамбурга - и еще больше готовятся выйти в рейс.