Поглед върху камионите с водород

Водородните горивни клетки безспорно са бъдещето на тежките камиони, но в момента, поради комбинация от фактори, това все още изглежда далечно.

Първите тежкотоварни камиони на Hyundai, работещи с водородни горивни клетки, ще бъдат пуснати в експлоатация през 2020 г. по пътищата на Швейцария, което ще бъде знаменателна дата за автомобилната индустрия в Европа.

Част от поръчката за 1600 камиона, които ще бъдат доставени между януари 2020 и 2025 г., ще бъдат отдадени под наем чрез Hyundai Hydrogen Mobility, консорциум от бензиностанции, логистични и транспортни компании, в първата вълна на новата смела визия на Европа – общ логистичен сектор клетъчно-задвижван.

Подпомаган от все по-тежките данъци и други финансови санкции върху дизеловите камиони, основният план на Hyundai е да изгради база за технологията в Европа, следвана от САЩ и други страни.

Гигантският южнокорейски производител, който от близо шест години реализира автомобили клетъчно-задвижвани, е пионер на технологията. Всъщност Hyundai практически залага бъдещето си на електрически превозни средства с горивни клетки (FCEV). До 2030 г. той очаква да въведе в експлоатация около 500 000 пътнически и търговски FCEV превозни средства.

Никола Моторс е стартиращия американски производител, известен като „Tesla на камионите“. Базираната в Аризона компания е достатъчно смела да прогнозира пътища без дизел в Европа в рамките на няколко години, тъй като камионите с двигател с вътрешно горене постепенно се изтеглят. Междувременно други производители на камиони, включително Toyota (един от първите извън марката), Mercedes-Benz и Ford, изследват водородното задвижване, докато едновременно работят върху чисто електрически камиони.

Но следващият производител, който ще внедри камиони с горивни клетки, ще бъде Никола Моторс, който наскоро обяви съвместно предприятие с компанията майка на IVECO CNH Industrial. Той е в разстояние от две години от пускането на камиони в шоурума си. Засега той има поръчки от 14 000 броя за трите си модела, включително един, предназначен за Европа, Nikola Tre, за който президентът Марк Ръсел казва, че ще има пробег от 500 до 700 мили и може да се зарежда за по-малко от 15 минути.

По-обещаващо е, че пивоварната Anheuser Busch от фамилията на Budweiser направи твърда резервация за 800 камиона от клас 8 с тегло поне 15 000 кг, като част от своята политика за устойчивост. А в САЩ има безспорен огромен пазар, където повечето стоки се транспортират от HGV.

Разходи за гориво

Почти сами по себе си Shell и групата за чисто гориво ITM Power разработват мрежа за зареждане във Великобритания за водородни камиони, както и за автобуси, влакове и кораби – но има дълъг път да се измине, особено в сравнение с други страни. Понастоящем във Великобритания има шест станции за зареждане с мощности от ITM, като още две предстои да бъдат отворени скоро в Гетуик и Бирмингам. Цената на водорода, който се продава в кг, а не в литри, е от 10 до 15 лири / кг, което го прави по-скъп от изцяло електрическия и дизеловия камион. За сравнение, семеен автомобил, захранван с горивни клетки, се зарежда за около 60 британски лири.

Цената на водорода със сигурност ще падне във времето. Повечето експерти прогнозират, че той ще се понижи с 70% през следващото десетилетие, тъй като се инсталират повече електролизери – ефективно инсталации за производство на водород на място и икономии от мащаба си проправят път през индустрията. Това не може да бъде достатъчно бързо за Международната агенция по енергетика, която е поддръжник на водорода. По-рано тази година изпълнителният директор на МАЕ Фатих Бирол посочи липсата на адекватна инфраструктура за зареждане.

Подобно на споразуменията на Hyundai в Швейцария, камионите вероятно ще бъдат наети във Великобритания с гориво, включено в цената на лизинга. Поддръжката е много по-евтина, отколкото при дизеловите камиони поради по-малко движещи се части. Бонус е, че FCEV от всички видове са освободени от такси в Лондон.

Германия е една от няколкото държави, включително Япония и Китай, които са много по-напред от Обединеното кралство в инфраструктурата за зареждане. Германия има 70 станции в експлоатация в средата на 2019 г., а други 30 са планирани през 2020 г. До 2025 г., според Федералното министерство на транспорта, Германия ще бъде обхваната от 400. А Япония, която планира да проведе водородна олимпиада през следващата година с автобуси, захранвани с горивни клетки, се стреми към 900 станции до 2030 година.

Защо водород?

Водородната енергия е широко приета като една от най-чистите форми на задвижване. Единствената емисия на изпускателната тръба е водната пара, макар и нагрята. Въпреки това съществува значителен проблем, свързан с климата: в момента почти целият водород се произвежда от изкопаеми горива. Въпреки че това се променя, ще мине известно време, докато целият водород ще се извлече от възобновяемите енергийни източници, главно защото няма достатъчно така възобновяема енергия. Докато няма, компании като Никола, които ще използват слънчева енергия на своите бензиностанции, ще допълват доставките от мрежата.

Засега е така. В лабораториите се развива науката и са разработени алтернативни технологии за съхранение на водород. Само едно от обещаващите развития е „повърхностно съхранение“, при което един вид метален прах, направен от различни съединения, може да се превърне във водород чрез добавяне на вода.

Появи се и още едно интересно развитие, когато изследователски екип от университета Ланкастър определи метод за изработване на по-малки, по-евтини и по-енергийни системи за съхранение на горивни клетки. Водещият изследовател професор Дейвид Антонели казва: „Можехме да видим водородни системи за горивни клетки, които струват пет пъти по-малко от литиево-йонните батерии.“ Още по-впечатляващо той предвижда „много по-дълъг обхват – пътувания до четири или пет пъти по-дълги“.

Технологията на водородните горивни клетки обаче не е нова. Те са били използвани в космически совалки в началото на 60-те години на миналия век и са помогнали да стъпят първите мъже на Луната. Те обаче бяха толкова скъпи, че минаха години, преди технологията да бъде приложена за транспорта.

Доказване на жизнеспособността

Поредицата на Hyundai показва, че камионите с горивни клетки са жизнеспособни. Въз основа на опита си с автомобили, работещи с водород, Hyundai е оборудвал своите камиони с две водородни стени с горивни клетки, задвижващи електрически двигатели. Това е 190kW система с обхват от около 400 км, в зависимост от натоварването. Има осем големи резервоара за водород.

Големият въпрос сега е как камионите с водород се представят спрямо дизелите. По същество, докато има водород в резервоара, камионът ще тръгне. Електродвигателите са същите като тези, инсталирани в електрическите превозни средства. Разликата е, че енергията не идва от батерия, а от горивна клетка, захранвана от водород.

Водородните горивни клетки са по-леки от батериите, но тъй като моторът все още е електрически, камионите имат повече конски сили и ускоряват по-бързо от дизеловите камиони – всъщност приблизително два пъти по-бързо.

Камионите с горивни клетки за момента обаче са с висока цена. В САЩ водородното гориво понастоящем се субсидира; в противен случай вероятно ще бъде на цена извън пазара. Във Великобритания станциите за зареждане с водород са индиректно субсидирани от правителството, което помага да се намалят разходите. Въпреки това цената на водорода пада почти навсякъде и ще продължи. „Разходите ще се променят масово през следващите няколко години“, прогнозира ръководителят на консултантската компания на H2Powergroup Майк Диксън.

Общите разходи за поддръжка са много по-евтини, както и за електрическите камиони, защото има по-малко движещи се части. Дори износването на спирачките намалява, защото спиращата мощност се усилва от системата за съхранение на енергия, както при автомобилите от F1.

Цена

Що се отнася до цената на камионите, пълната цена на FCEV на Hyundai е неясна, тъй като те ще бъдат отдадени под наем. Въпреки това в САЩ се очаква платформата на Никола Моторс клас 8 да бъде продадена на дребно за $ 375 000, когато влязат в производство през 2022 г., в сравнение със 180 000 долара за изцяло електрическия Tesla Semi с обхват от 500 мили. Сравним дизелов камион се продава за около 120 000 долара.

Основната технология – горивната клетка – постоянно намалява в цената. Последният американски модул на Ballard – FCmove, е с една трета по-евтин от предшественика си. Няма ясна времева линия за товарните автомобили, задвижвани с горивни клетки, които постигат паритет на цените с дизела, но Гай Макари, директор за връзки с инвеститорите в Ballard, прогнозира: „Сравненията на разходите за собственост показват автобуси, захранвани с горивни клетки, слизащи до съпоставими нива на разходите с батерията – алтернативи, задействани до 2020 г. “

Зареждането с гориво е подобно на доливането с дизел или природен газ и едновременно по-просто и по-бързо от зареждането на батерия. Никола твърди, че 15-минутно зареждане с гориво на техен камион ще му даде възможност да измине до 750 мили, повече от два пъти от сегашните изцяло електрически камиони.

Разбира се, предизвикателството за разполагане на водородна инфраструктура в широк географски район все още е проблем, който трябва да бъде напълно решен..

Аргументите за недостига на доставки са почти същите като за електрическите зарядни станции преди няколко години. Технологията на електрическо презареждане не само се е подобрила бързо, но и във Великобритания и в други страни в Европа се покрива. А Никола вече работи с индустриален консорциум по световна горивна мрежа, която има за цел до 2028 г. да има 700 станции в САЩ, които да произвеждат собствен водород чрез електролиза и да съхраняват горивото на място.

Историята предполага, че броят на пунктовете за зареждане се набира бързо, за да се задоволи възникващото търсене. Ако има пари, които трябва да бъдат направени, транспортната индустрия бързо реагира.

Алтернативи на горивните клетки

Водородният конвертор на превозни средства ULEMCo и неговият партньор за R&D Revolve Technologies казват, че са постигнали „рекордни резултати за енергийна ефективност“ за двигател със 100% водород с нулеви емисии, като топлинната ефективност е 45%, демонстрирана за камиони на Volvo Mega с ниски емисии (MLE). разкриха миналата година. Това сочи реалистичната перспектива за камиони с нулеви емисии, работещи на 100% водород, като се използва подходът на ULEMCo за адаптиране на съществуващите дизелови двигатели да работят на двойно гориво с водороден дизел, осигурявайки маршрути за по-бързо приемане на превозни средства с нулеви емисии на водород в приложения с големи натоварвания.

За разлика от други превозни средства с водородно гориво, камионът MLE ще използва водород за захранване на автомобилния двигател с гориво, а не с горивни клетки и електромотор. Но няма нито една от обичайните емисии от двигатели с вътрешно горене като неизгоряло гориво, прахови частици и въглероден оксид, а нивата на NOx са неизмеримо ниски.

ULEMCo вярва, че използвайки конвенционални двигатели и съществуващи конструкции на камиони, а не пълната трансформация, необходима за електрификация, срокът до целта на нулевите емисии на въглерод може да бъде съкратен значително, като в същото време драстично намалява разходите за клиентите.

Тъй като водородното превозно средство може да бъде зареждано бързо, операторите на автопаркове могат да планират и сходен брой превозни средства с текущата си експлоатация, вместо да се нуждаят от увеличаване на размера на парка, за да покрият дългите времена на зареждане за EVs.

„Комбинирането на тези резултати с нашите познания за това как да се гарантира, че двигателят може да работи в широка крива на ефективност – и с водород от индустриален клас – ни дава увереност в този подход. Операторите, особено в приложения с големи натоварвания, ще имат наистина рентабилна опция за шофиране с много ниски въглеродни емисии и нулеви раздели в бъдеще. Казва Лийн.

ULEMCo преобразува много превозни средства от дизел във водород с двойно гориво и те се предлагат в момента във Великобритания. FH16 ще бъде първият водороден пример и с 300 к.с. и 17 кг водород на борда, той ще има обхват от почти 300 км.

FCEVS срещу BEVS

Относителните предимства на камионите с водород и електрически акумулатори са оживено дискутирани, но основният въпрос се свежда до обхвата. „Оборудването, което тествахме [батерия-електрическа], има обхват от 100 мили и това просто няма да работи при натоварване,“ Крис Кенън, главен служител за устойчивост в пристанището на Лос Анджелис, най-големият пристанищен комплекс в САЩ, каза пред Калифорнийският водороден бизнес съвет.

Работейки с Toyota, Kenworth, UPS и Shell, пристанището е част от водородна пилотна програма, която пуска 10 камиона с горивни клетки. Те се захранват от две станции на Shell.

Над 300 от тях са разположени и работят, ние също захранваме няколко микробуса за доставка на UPS в опити в Калифорния. И ние захранваме камиона за изтичане на Kenworth в пристанището на Лос Анджелис. “ Макари казва.

Макар че акумулаторите са все по-мощни поради развитието в Азия и Америка, камионите BEV никъде не се конкурират по обхват.

„Превозвачите не искат да спират на всеки 190 мили за един или два часа, за да се заредят“, казва Диксън от H2powergroup. Той предполага, че в крайна сметка камионите BEV ще се използват главно за по-къси маршрути, например в градовете.

Водородни хибриди

Междувременно икономиите от мащаба търсят водорода. В Берлин DHL Express е предприел временна хибридна договореност под формата на автопарк от електрически превозни средства, подсилени с горивна клетка. Известен като H2 Panel Van, 4,5-тонното превозно средство, с товароносимост над 10 куб.m и максимален полезен товар над 800kg, ще има пробег до 500 км, според неговия производител, Street Scooter. DHL очаква да изгради до 100 бр. автопарк от микробуси между 2020 и 2021 г. „С фургона H2 Panel DHL Express става първият експресен доставчик, използващ голям брой електрически превозни средства с горивни клетки за логистика, – казва главният изпълнителен директор Маркус Реклинг.

В следващите няколко години повечето експерти казват, че ще се окаже натиск върху дизеловите камиони и част от тях ще дойдат от световните пристанища. Това е така, защото те са в линията на изменението на климата.

Междуправителственият комитет на Организацията на обединените нации по изменение на климата предполага, че бреговите линии (и по този начин пристанищата) са изправени пред покачване на морското равнище до 76 см, което води до „катастрофални ефекти“.

Ето защо, както посочва пристанището на Лос Анджелис, пристанищата по света ще започнат да таксуват превозвачи и собственици на товари, които не използват най-чистите налични технологии.

Ясно е, че това поставят евентуален срок за дизеловите камиони. Съгласно плана за действие в Калифорния, например, политиците обмислят ускоряване на спирането на дизеловите камиони, нещо, което други държави ще наблюдават.

Във Великобритания има закъснял натиск от правителството за приемане на водорода, който ще включва и транспорта. „За тежкотоварните превозни средства водородните горивни клетки са единствената жизнеспособна опция за бъдещето“, казва Диксън от H2powergroup. „Те са единственият вариант с нулеви емисии.“

И така, колко време ще отнеме? Диксън изчислява до 24 месеца, преди HGV, задвижвани от водородни горивни клетки, да излязат по пътищата във Великобритания. Но инфраструктурата, очевидно, все още има да извърви дълъг път.