Японские промышленные компании всё активнее рассматривают водородные двигатели внутреннего сгорания как более доступную альтернативу технологиям на топливных элементах. Такой подход позволяет использовать уже существующую производственную базу, снижает стоимость силовых установок и открывает возможность быстрого внедрения водородных технологий в различных сферах — от энергетики до транспорта.

Несмотря на то что водородные топливные элементы отличаются более высоким коэффициентом полезного действия и практически не образуют вредных выбросов, традиционные ДВС, адаптированные для работы на водороде, выигрывают за счёт более низкой стоимости производства, простоты обслуживания и совместимости с существующей инфраструктурой. Именно поэтому японские производители всё чаще делают выбор в пользу модернизации привычных двигателей, а не разработки полностью новых силовых систем.

Kawasaki разрабатывает компактный генератор нового поколения

Одним из наиболее заметных проектов стала разработка компании Kawasaki Heavy Industries. Инженеры создают компактный генератор O'Cuvoid, работающий на водородном двигателе внутреннего сгорания.

Установка занимает менее одного квадратного метра площади и способна выдавать до 35 кВт электрической мощности. При необходимости несколько генераторов можно объединять в единую систему, получая значительно большую производительность. Подобный модульный подход позволяет использовать технологию не только для резервного энергоснабжения предприятий, но и в промышленности, на строительных объектах, а в перспективе — даже для железнодорожного транспорта.

Использование опыта производства классических двигателей

Kawasaki обладает многолетним опытом разработки мотоциклетных двигателей и намерена использовать эти наработки при создании новых водородных силовых установок. В конструкции двигателя применяется механический компрессор, позволяющий эффективно работать с особенностями водородного топлива.

В компании рассчитывают, что уже в течение ближайшего десятилетия рынок подобных двигателей достигнет многомиллиардных объёмов. Одним из преимуществ технологии остаётся возможность использования существующих производственных линий и сервисной инфраструктуры, которые десятилетиями создавались для двигателей внутреннего сгорания.

При этом водород требует повышенных мер безопасности. Он значительно легче бензина, быстрее распространяется в воздухе и обладает высокой воспламеняемостью, поэтому конструкция таких двигателей должна учитывать дополнительные требования к хранению и подаче топлива.

Генераторы могут использоваться даже в робототехнике

Одной из необычных сфер применения станет четырёхногий робот Corleo, который Kawasaki планирует вывести на рынок примерно к 2035 году.

Предполагается, что робот сможет перевозить людей по сложной местности, выполняя роль своеобразной механической лошади для туристических маршрутов. В качестве источника энергии рассматривается именно генератор O'Cuvoid, работающий на водородном двигателе.

Государство активно развивает водородную экономику

Развитие подобных проектов поддерживается японским правительством. Власти страны намерены значительно расширить использование водорода в энергетике и промышленности.

К 2050 году Япония планирует увеличить объём поставок водорода примерно до 20 миллионов тонн ежегодно, что почти в десять раз превышает нынешние показатели. Одновременно ведётся работа по снижению стоимости самого топлива и развитию необходимой инфраструктуры.

Toyota и Honda также меняют подход

На протяжении многих лет японские автопроизводители, включая Toyota и Honda, сосредотачивались главным образом на технологиях водородных топливных элементов. Однако сейчас интерес постепенно смещается и в сторону водородных двигателей внутреннего сгорания.

Toyota уже демонстрировала экспериментальные гоночные автомобили, использующие подобные двигатели. По мнению специалистов, такая технология может стать хорошим решением для тяжёлого транспорта, коммерческой техники и специальной техники, где высокая скорость заправки и большой запас хода имеют особое значение.

Почему водородный ДВС оказался привлекательнее

Главное преимущество подобных двигателей — значительно более низкая стоимость.

Для их производства используются привычные материалы — сталь, алюминий и другие массовые сплавы. Благодаря этому себестоимость силовой установки примерно в десять раз ниже, чем у аналогичной системы на топливных элементах.

Кроме того, ремонт подобных двигателей можно выполнять с использованием уже существующих технологий и огромного количества доступных комплектующих, что существенно снижает эксплуатационные расходы.

Ещё одним преимуществом считается меньшая требовательность к качеству топлива. Если топливным элементам необходим практически идеально очищенный водород, то водородный ДВС способен работать и на менее чистых газовых смесях, содержащих, например, примеси метана.

Также такие двигатели быстрее реагируют на изменение нагрузки и способны практически мгновенно увеличивать мощность, что особенно важно для тяжёлой техники и промышленного оборудования.

Но полностью заменить топливные элементы они пока не смогут

Несмотря на очевидные преимущества, у водородных двигателей остаются и серьёзные недостатки.

Коэффициент полезного действия таких установок обычно не превышает 40 %, тогда как у современных топливных элементов он достигает примерно 60 %.

Кроме того, хотя при сгорании водорода не образуется углекислый газ, двигатель всё же выделяет оксиды азота, возникающие при высокотемпературном процессе горения. Поэтому назвать такие установки полностью экологически чистыми нельзя.

Разработкой технологии занимаются и другие компании

Интерес к водородным ДВС проявляют не только Kawasaki и Toyota.

Грузовое подразделение Mitsubishi уже ведёт разработку собственных двигателей для коммерческого транспорта. Аналогичные проекты изучает и индийская компания Tata Motors, рассматривая водород как одно из перспективных направлений развития тяжёлой техники.

По оценкам аналитиков Future Market Insights, мировой рынок водородных двигателей внутреннего сгорания к 2036 году может превысить 20 млрд долларов.

Главным препятствием остаётся инфраструктура

Несмотря на активное развитие технологий, массовое внедрение водородного транспорта пока сдерживается нехваткой инфраструктуры.

За последние годы количество водородных заправочных станций в Японии сократилось примерно со 179 до 150, что связано как с высокой стоимостью эксплуатации таких объектов, так и с быстрым развитием аккумуляторных электромобилей.

Серьёзной проблемой остаются производство, хранение и транспортировка водорода. Особенно дорого обходится так называемый «зелёный» водород, который получают методом электролиза воды с использованием электроэнергии из возобновляемых источников.

Японские власти рассчитывают, что к середине века стоимость водородного топлива удастся снизить примерно в пять раз, что сделает подобные технологии значительно доступнее для промышленности и транспорта.