4. Сигнал: Жидкий водород в качестве источника энергии для повседневной мобильности — реальная технология.

Первым в мире из автопроизводителей BMW разработала концепцию средне- и долгосрочного развития с переводом своих автомобилей на водородное топливо. И теперь компания представляет на рынке BMW Hydrogen 7 — первый серийный автомобиль с водородным двигателем, практичный и удобный для каждодневного использования.

• Энергетическая плотность сжиженного водорода обеспечивает запас хода.
• Вакуумная изоляция позволяет сохранять газ в жидком состоянии.
• Новые импульсы для развития инфраструктуры обеспечения водородом.

Практичность данного автомобиля — одна из основных целей, преследовавшихся в ходе разработки и испытаний BMW Hydrogen 7. Высокие требования по пригодности к каждодневному использованию предъявлялись ко всему, что было связанно с его эксплуатацией: ходовым качествам, удобству заправки, ремонтопригодности и простоте в техническом обслуживании. Преследуя цель полной интеграции нового BMW Hydrogen 7 в повседневную жизнь, BMW Group последовательно внедряла его разработку в серийный процесс создания автомобилей.

Энергетическая плотность сжиженного водорода обеспечивает запас хода.

При определении энергетической плотности различают два ее вида: гравиметрическую — с точки зрения чистого веса вещества, и волюметрическую энергетическую плотность — с точки зрения объема. В соотношении со своим чистым весом водород обладает очень высокой энергетической плотностью. Данное значение превышает примерно в три раза гравиметрическую энергетическую плотность бензина, и поэтому использование водорода в качестве источника энергии для автомобиля представляет большие преимущества. Однако волюметрическая энергетическая плотность водорода при данном сравнении представляется менее выгодной — она в четыре раза меньше, чем данный показатель бензина. Емкость для хранения топлива в автомобиле имеет строго ограниченные объемы, поэтому следует повысить энергетическую плотность с точки зрения объема. Для этого имеются две возможности: либо водород сжимается в газообразном состоянии, или его можно охладить настолько, чтобы он превратился в жидкость. В условиях современного развития технологии давление водорода возможно повысить лишь до 700 бар. А при атмосферном давлении он переходит в жидкое состояние при понижении температуры до — 253°С.

Для достижения максимальной энергетической плотности в условиях ограниченного объема емкости для топлива в автомобиле BMW Group выбрала метод сжижения водорода. Волюметрическая энергетическая плотность жидкого водорода, т.е. количество запасенной энергии в топливе в условиях ограниченного объема автомобильного резервуара, при использовании сжиженного газа более чем на 75% больше, чем при использовании газообразного водорода сжатого под давлением 700 бар. Таким образом, сжиженный водород обеспечивает на 75% больший запас хода. Это значит у водителя есть большая свобода перемещения — один из важнейших критериев, особенно в условиях недостаточно развитой инфраструктуры снабжения водородным топливом.

Вакуумная изоляция позволяет сохранять газ в жидком состоянии.

Наряду с бивалентным двигателем внутреннего сгорания BMW Hydrogen 7 одним из важнейших новшеств в автомобильной индустрии является бак для хранения сжиженного водорода. Особенной сложностью при хранении водорода в жидком состоянии является то, что охлажденный сжиженный газ должен долгое время содержаться при температуре — 253°С. Для этого была разработана специальная сверхмощная вакуумная изоляция толщиной всего 30 мм, которая может сохранять температуру настолько же эффективно, как и слой стиропора (пенополистирола) толщиной 17 м. Таким образом стало возможно долгое время сохранять в автомобиле запас водорода в жидком состоянии.

Энергетический баланс для снабжения сжиженным водородом.

Перевод водорода в жидкое состояние для использования его в качестве автомобильного топлива требует намного больших затрат энергии, чем сжимание газа с высоким давлением. Однако с точки зрения каждодневной эксплуатации данный баланс смещается в сторону использования сжиженного водорода, так как при оценке энергетических затрат следует рассматривать автомобиль как комплексную систему — при этом нельзя не учитывать следующий эффект: при заправке автомобильного бака газообразным водородом из-за теплоты сжатия образуется тепловая энергия. Она нагревает сжатый водород, из-за чего он увеличивает свой объем — это отрицательно сказывается на энергетической плотности топлива. Есть два способа снизить данное теплообразование: пассивное охлаждение, то есть при заправке необходимо делать регулярные паузы — что затянет процесс и вряд ли вызовет одобрение у клиентов, и активное охлаждение — понижение температуры водорода перед заправкой. Данный эффект сводит на нет преимущество меньшего энергопотребления для сжимания газообразного водорода, и при комплексной оценке факторов, влияющих на экономическую эффективность данной формы топлива, недостатки оказываются более значимыми, чем выгоды.

Технология подразумевает, что по причине высокой плотности водорода при больших объемах поставок газ доставляется и сохраняется на заправочных станциях долгое время в сжиженном состоянии. И преобразование его в сжатый газ непосредственно на заправочных станциях неэффективно по причине небольших мощностей и размеров оборудования. При эксплуатации установок средних размеров, на которые газ также доставляется традиционно в сжиженном состоянии, — ведь использование для этих целей трубопроводов пока еще нецелесообразно из-за малых объемов сбыта, перед заправкой в автомобиль водород должен быть снова переведен в газообразное состояние и сжат. Это означает, что на заправочной станции на данный процесс также должно затрачиваться время и много энергии. Таким образом, получается, что энергозатраты на использование в качестве топлива газообразного сжатого водорода намного выше, чем в случае со сжиженным газом.

Новые импульсы для развития инфраструктуры обеспечения водородом.

Процесс заправки BMW Hydrogen 7 жидким водородом продуман таким образом, что он происходит подобно заправке бензином: просто, безопасно и практично. Существующие автозаправочные станции могут без особых сложностей быть дооборудованы соответствующими резервуарами для хранения и устройствами для распределения водородного топлива, так что постройка новых станций не требуется.

Основное отличие заправки жидким водородом от процесса закачки бензина в бак автомобиля заключается в том, что вместо стандартного топливозаправочного пистолета используется специальный стыковочный узел, обеспечивающий полную герметичность и сохранение температуры и давления. С точки зрения эксплуатации пользователем процесс практически аналогичен традиционному. После того как человек вручную подсоединяет заправочный узел к горловине бака, система автоматически блокирует его в горловине, производит перекачку топлива и освобождает его. Данный процесс длится менее 8 минут, при этом невозможно испачкаться и обеспечивается полная безопасность, так как перекачка топлива находится под полным контролем автоматики и его взрывоопасные пары не могут попасть в атмосферу.

Представляя на рынке BMW Hydrogen 7, BMW Group доказывает, что переход на альтернативные источники энергии не должен быть связан с уступками в отношении удовольствия от вождения, комфорта или практичности автомобиля. Новый водородный седан BMW свидетельствует о пригодности к эксплуатации жидкого водорода в качестве топлива для серийного автомобиля. BMW Hydrogen 7 полностью прошел серийный процесс разработки со всеми соответствующими нормативно предписанными процедурами испытаний. По завершении полноценного процесса разработки нового автомобиля BMW Group совместно с TUV Suddeutschland провела широкомасштабную испытательную программу, призванную в первую очередь проверить безопасность компонентов, работающих с жидким водородом. По результатам тестов TUV дала заключение, что новый водородный седан может эксплуатироваться как минимум столь же безопасно, как и традиционные автомобили с бензиновыми двигателями.

С точки зрения практичности автомобиля достигнута полноценная пригодность BMW Hydrogen 7 с водородным двигателем к повседневной эксплуатации. Несмотря на многочисленные результаты испытаний, в удобстве автомобиля для использования можно убедиться только на практике. Данные возможности напрямую зависят от адекватной инфраструктуры, которая в настоящий момент еще только развивается. BMW Group является пионером в данном процессе.

BMW Group заранее заключила специальные партнерские соглашения для продвижения развития необходимой инфраструктуры. В первую очередь в данной связи следует упомянуть партнерскую организацию Clean Energy Partnership Berlin (CEP), являющуюся одним из важнейших общеевропейских демонстрационных проектов по освоению альтернативных источников энергии в автомобильной промышленности. В данный консорциум представителей автомобильной промышленности, индустрии снабжения и транспортных предприятий, основанный в 2002 году помимо BMW на сегодняшний день входят такие компании как: нефтяной концерн Aral, DaimlerChrysler, Ford, General Motors/Opel, Volkswagen, Hydro, Linde, Total, Vattenfall и Берлинское транспортное предприятие (BVG). Целью CEP является демонстрация реальности планов создания и эксплуатации водородной инфраструктуры а также дальнейшее технологическое освоение водорода в качестве источника энергии и расширение возможностей его повседневного использования. К данному проекту относится постройка и эксплуатация двух общедоступных водородных автозаправочных станций в Берлинском регионе в 2004 — 2006 гг.

Еще одну интегрированную автозаправочную станцию планируется открыть до конца 2006 г. в Мюнхене.

Международная деятельность BMW Group.

Ноу-хау BMW Group в сфере исследования и развития водородных технологий плодотворно используются в рамках национальной инновационной программы Федерального правительства ФРГ. Кроме того, сотрудники BMW Group принимают участие в работе Консультативного совета и входят состав Руководства Европейской группы стратегического развития технологической платформы водородной энергетики и топливных элементов (Deployment Strategy Panel European Hydrogen and Fuel Cell Technology Platform — EHP) — специального органа, созданного Еврокомиссией в 2004 г., который занимается разработкой и внедрением экономически эффективных, конкурентоспособных энергетических систем общеевропейского масштаба на базе технологий извлечения энергии из водорода и топливных элементов.

К международной деятельности в данной сфере относится сотрудничество в исследованиях с Министерством энергетики США, а также организация исследования технико-экономического обоснования применения водорода и специальной информационной кампании по данной теме в Китае. Совместно с китайскими учеными эксперты BMW исследуют возможности создания полноценной водородной инфраструктуры.