Водоро́дный тра́нспорт — различные транспортные средства, использующие в качестве топлива водород.
Это могут быть транспортные средства как с двигателями внутреннего сгорания (с поршневыми или газотурбинными двигателями), так и с водородными топливными элементами.
История
В 1806 году Франсуа Исаак де Риваз (1752—1828) создал первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде. Водород изобретатель производил электролизом воды.
В 1860 году был сконструирован автомобиль с двигателем внутреннего сгорания системы Ленуара, который работал на водороде — гиппомобиль Этьена Ленуара; водород производился с помощью электролиза, позже автомобиль перевели на светильный газ.
В декабре 1941 года в блокадном Ленинграде бензин был в дефиците, но водород имелся в большом количестве, и младший техник-лейтенант Борис Шелищ предложил использовать для работы установок заградительных аэростатов. На водород перевели двигатели внутреннего сгорания ГАЗ-АА автомобилей-установок аэростатов заграждения для работы их лебёдок подъёма и опускания аэростатаВ блокадном Ленинграде // журнал «Техника молодёжи», № 11, 1984. стр. 35. Во время блокады в осаждённом городе на водороде работало около 600 автомобилейЛюбимцев В. В. «Вопросы и ответы» — : Дрофа, 1995; ISBN 5-7107-0448-2.
В 1976 году в СССР был построен ещё один экспериментальный автомобиль с водородным двигателем на шасси серийного автомобиля «Москвич»Автомобиль с чистым выхлопом // журнал «Вокруг света», № 6, 1976. стр. 61Вода заменяет бензин // «Наука и жизнь», № 2, 1977. стр. 105.
Развитие
Причины интереса к водородному транспорту Использование водорода в качестве энергоносителя позволит как существенно сократить потребление ископаемых углеводородных топлив, так и значительно продвинуться в решении экологической проблемы загрязнения атмосферы городов вредными для здоровья человека составляющими выхлопных газов автомобилей и тепловозовКанило П. М., Костенко К. В. Перспективы становления водородной энергетики и транспорта // Автомобильный транспорт (Харьков). — 2008. — № 23. — С. 107—113..
В 2009 году примерно 25 % выбросов углекислого газа в атмосферу Земли производилось в результате работы разного рода транспортаTransport, Energy and CO2: Moving toward Sustainability // IEA. По оценке МЭА, уже к 2050 году это число удвоится и продолжит расти по мере того, как в развивающихся странах будет увеличиваться количество личных автомобилейТранспортники обсудят вопросы экологии в Токио // compulenta.ru / . Кроме углекислого газа, в атмосферу выбрасываются оксиды азота, ответственные за увеличение заболеваемости астмой, оксиды серы, ответственные за кислотные дожди и т. д.
В морском транспорте зачастую используются низкокачественные дешёвые сорта топлива и он выбрасывает оксидов серы в 700 раз больше, чем автомобильный транспорт. По данным International Maritime Organization, выбросы СО2 морским торговым флотом достигли 1,12 млрд тонн в годJohn Vidal, True scale of C0 ₂emissions from shipping revealed // The Guardian, 13 February 2008.
Другой причиной повышения интереса к водородному транспорту является рост цен на энергоносители (в настоящее время подавляющее их большинство — уголь, нефть и их производные), дефицит топлива, стремление различных стран обрести энергетическую независимость.
Современное применение и перспективы Автомобили на водородном топливе уже производятся. Среди компаний, которые производят автомобиль на топливных элементах — Toyota, Honda и Hyundai. Разработкой автомобилей на водородном топливе занимаются также Daimler, Audi, BMW, Ford, Nissan и др.
В 2016 году в Германии был представлен первый водородный поезд — Coradia iLint компании Alstom, поезд начнёт курсировать по маршруту Букстехуде — Куксхафен в Нижней Саксонии с декабря 2017 года. Предполагается, что в итоге они заменят 4 тыс. дизельных региональных поездов, действующих в Германии на неэлектрифицированных участках железных дорог. В Alstom сообщают, что интерес к таким поездам также выразили Нидерланды, Дания и НорвегияПервый в мире водородный поезд выходит в серийное производство // Коммерсантъ / .
В ограниченном количестве выпускаются: BMW Hydrogen 7 и — двухтопливные (бензин/водород) легковые автомобили, используют жидкий водород. — прототип электро-водородного гибридного легкового автомобиля. Автобус Ford E-450 в варианте с водородным двигателем. Городские низкопольные автобусы на водородном топливе компании MAN Truck & Bus.
«Боинг» разрабатывает беспилотный самолёт для больших высот и большой продолжительности полёта (High Altitude Long Endurance, HALE). На нём установлен производства Ford Motor Company.
К началу 2020-х автопроизводители, ранее имевшие программы изучения водородных технологий, отказываются от применения водорода в легковых автомобилях, видя это направление «бесперспективным»: существуют определённые сложности с транспортировкой и хранением водорода, также с дополнительными мерами по обеспечению безопасности транспортного средства, малоразвита сеть заправочных станций по всему миру; в результате затраты на покупку и содержание автомобиля, работающего на водороде, оказываются весьма высокимиПочему автопроизводители откладывают «взрыв водородной бомбы» // avtovzglyad.ru, 11 ноября 2022.
Варианты использования водорода
Как топливо в ДВС
Водород может использоваться в качестве топлива в обычном двигателе внутреннего сгорания. В этом случае снижается мощность двигателя до 65—82 % в сравнении с бензиновым вариантом. Однако, если внести небольшие конструктивные изменения в систему зажигания, мощность двигателя увеличивается до 117 % в сравнении с бензиновым вариантом, но в таком случае увеличится концентрация оксидов азота в выхлопных газах из-за более высокой температуры в камере сгорания и возрастёт вероятность прогорания клапанов и поршней при длительной работе на большой мощности. Кроме того, водород при температурах и давлениях, которые создаются в двигателе, способен вступать в реакцию с конструкционными материалами двигателя и смазкой, приводя к быстрому износу. Также водород очень летуч, из-за чего при использовании обычной карбюраторной системы питания может проникать в выпускной коллектор, где также воспламеняется из-за высокой температуры. Традиционные поршневые ДВС плохо приспособлены к работе на водороде. Обычно для работы на водороде используется роторный ДВС, так как в нём выпускной коллектор значительно удалён от впускного.
В водородных топливных элементах
Водородные топливные элементы могут производить электрическую энергию для электродвигателя на борту транспортного средства, заменив тем самым двигатель внутреннего сгорания, или применяться для бортового питания.
Помимо питания тягового двигателя, водородные топливные элементы могут использоваться в системах бортового питания транспортных средств.
Первые лётные испытания установки для бортового питания на водородных топливных элементах мощностью 20 кВт проведены Airbus в феврале 2008 года на самолёте Airbus A320«Airbus has successfully tested a fuel cells system in flight ».
Водородные топливные элементы производят энергию на борту американских шаттлов с 1981 года. В марте 2008 года во время экспедиции STS-123 шаттла «Индевор» топливные элементы производства компании UTC Power преодолели рубеж в 100 тысяч операционных часов в космосеUTC Power Fuel Cells Achieve Milestone, Topping 100,000 Hours in Space.
Смеси традиционных видов топлива с водородом Широкое внедрение водородного топлива пока сдерживается более высокой ценой водорода по сравнению с привычным жидким и газовым топливом, отсутствием необходимой инфраструктуры. Промежуточным решением могут стать смеси традиционного топлива с водородом — водород может использоваться для улучшения воспламеняемости бедных смесей в ДВС, работающем на традиционных видах топлива (например, HCNG — смесь водорода с природным газом).
Делаются установки, производящие водород из дистиллированной воды на борту транспортного средства, далее водород добавляется к дизельному топливу. Такими установками оснащаются тяжёлые грузовики и горная техника. Считается, что это позволяет сократить расход топлива и увеличить мощность двигателя и уменьшить экологическую вредность выбросов, хотя существуют и другие точки зрения.
История
Первое транспортное средство на топливных элементах создала в 1959 году компания Allis-Chalmers Manufacturing Company (США), щелочные топливные элементы (AFC) были установлены на трактор. В 1962 году они были установлены на автомобиль для гольфа. В 1967 году компания Union Carbide (США) установила топливные элементы на мотоцикл. В 1982 году в СССР был разработан опытный водородный микроавтобус «Квант-РАФ» с электроприводом на щелочных топливных элементах.
Автомобильный транспорт
Основное преимущество внедрения топливных элементов в наземные транспортные средства (например на автомобилях): предполагаемый высокий КПД (КПД современного автомобильного двигателя внутреннего сгорания достигает 35 %, а КПД водородного топливного элемента — 45 % и более). Во время испытаний автобуса на водородных топливных элементах канадской компании Ballard Power Systems был продемонстрирован КПД в 57 %.
КПД классического свинцового аккумулятора выше — до 70—90 %. Но основной фактор, сдерживающий массовое производство электромобилей — дороговизна и несовершенство аккумуляторов. Также перспективным направлением является применение на гибридных и электрических автомобилях суперконденсаторов.
На автомобилях и автобусах устанавливают, как правило, топливные элементы на протон-обменной мембране (PEM). Их основные преимущества: компактность, малый вес, низкая температура процесса.
В первой половине 2025 года в мире было продано около 4100 водородных автомобилей, на 27 % меньше, чем годом ранее.
Автомобили с силовыми установками на водородных топливных элементах производят и испытывают: Honda — Honda FCX; c 2024 года CR-V e:FCEV. Hyundai — Nexo, обновлен в 2025 году, продажи в первые два месяца после запуска в Южной Корее превысили 2000 автомобилей. Nissan/Dongfeng — Venucia в 2024 году в Китае. Toyota — Toyota Highlander FCHV, Toyota Mirai;. General Motors приостановил работу над водородными автомобилями в 2025 году. Daimler AG — Mercedes-Benz A-Class;. Daimler AG — Mercedes-Benz Citaro (топливные элементы компании Ballard Power Systems). Grove Hydrogen Automotive — Grove Obsidian24.06.19 Grove Obsidian — первый китайский автомобиль на водородном топливе. BMW — BMW iX5 Hydrogen (топливные элементы компании Toyota).
Первый в мире серийный гибридный автомобиль на водородных топливных элементах Toyota Mirai поступил в продажу в конце 2014 года (в Японии) — 2015 году (в мире).
С 2003 года по 2006 год 36 автобусов по программе Clean Urban Transport for Europe проехали более 2 млн км и перевезли 6 млн пассажиров. В январе 2021 года в шотландском Абердине вышли на линию Wright StreetDeck — первые в мире водородные двухэтажные автобусы, стоимость каждого из которых оценивается приблизительно в 500 000 фунтов стерлингов.
Расход топлива Opel Zafira с силовой установкой на водородных топливных элементах мощностью 94 кВт в условиях Вашингтона потребляет 1,83 кг водорода на 100 миль (160 км) пробега, то есть 6,4 литра бензинового эквивалента. Бензиновый аналог Opel Zafira с двигателем объёмом 1,6 л мощностью 85 кВт потребляет 5,8 л бензина на 100 км в условиях трассы.
Американская National Renewable Energy Laboratory (NREL) в своих расчётах использует среднюю дальность пробега легкового автомобиля, равную 19200км (12000 миль) в год, потребление водорода — 1 кг на 60 миль (96 км) пробега. По их расчётам 2008 года, одному легковому автомобилю на водородных топливных элементах в год требуется 200 кг водорода (0,55 кг в день). Один килограмм водорода считают равным по энергетической ценности одному галлону (3,78 л) бензина.
Железнодорожный транспорт