Чому двоколісні транспортні засоби на водневому паливі забезпечують вищу тривалість роботи

Перевага щодо енергетичної щільності: H₂ порівняно з літій-іонними акумуляторами (масова та об’ємна)

Те, що робить водень настільки привабливим для двоколісних транспортних засобів, — це його енергетична густина. Якщо розглядати її за масою, то водень містить приблизно 33,6 кВт·год на кілограм. Це понад у 120 разів більше, ніж можуть запропонувати літій-іонні акумулятори, які мають показник близько 0,25–0,3 кВт·год на кг. Саме тому транспортні засоби, що працюють на водні, можуть бути значно легшими, не втрачаючи при цьому дальність поїздки. Водень, справді, має нижчу об’ємну густину, але інженери знайшли способи подолати цю проблему: його зберігають під дуже високим тиском — від 350 до 700 бар — у спеціальних композитних балонах. Завдяки такій системі зберігання вдається досягти щільності зберігання до 40 грамів водню на літр. Водії можуть розраховувати на пробіг понад 250 кілометрів після одного заправлення — результат, який електромобілі з акумуляторами просто не в змозі забезпечити без додавання величезної зайвої ваги. Цей поєднання високої енергії на одиницю маси та розумних рішень щодо зберігання надає водневим мотоциклам реальну перевагу при переміщенні людей по містах без необхідності тягти з собою важкі акумулятори.

Швидкість заправки та час роботи: <3 хвилини проти 1–4 годин заряджання

Швидкість, з якою можна поповнити запас палива, має вирішальне значення, коли йдеться про те, що справді працює в реальному світі, і саме в цьому аспекті водень безумовно має перевагу. Скутери на водневому паливі можна заправити за менше ніж три хвилини — це приблизно так само швидко, як заправка бензинового бака. Порівняйте це з літій-іонними акумуляторами, яким потрібно від однієї до чотирьох годин лише для повного зарядження. Для підприємств, що експлуатують великі автопарки, такі показники означають значне підвищення ефективності використання транспортних засобів. Візьмемо, наприклад, служби доставки: водії, які щодня проїжджають близько 420 кілометрів, майже ніколи не простають у бездіяльності, очікуючи зарядження. Вони постійно працюють у змінах, не перериваючи робочий процес. Також звичайні мешканці міст, які їздять на роботу, відчувають менший стрес через можливість вичерпання заряду посеред дороги — більше немає потреби марнувати цінні години, підключившись до зарядного пристрою десь у місті. Тоді як електромобілі обмежують користувачів певними графіками зарядження, водень дозволяє практично миттєво повернутися до роботи — саме тому він набуває все більшої популярності серед послуг, де найважливішим є точне дотримання термінів.

Скутери на водневому паливі в реальних умовах експлуатації

Випробування у міській мобільності: дані щодо скутера Honda Clarity Fuel Cell та моделі HySE-1 із Токіо

Гідрогенові скутери, які тестувалися на оживлених вулицях Токіо, у тому числі моделі від Honda (Clarity Fuel Cell) та HySE-1, проїжджали близько 250–300 кілометрів на одному баку навіть за умов постійних зупинок, підйомів і змінних погодних умов. Заправка їх на тестових станціях триває лише близько трьох хвилин — це величезна перевага порівняно з електромобілями, яким потрібно кілька годин для підзарядки. Найбільш вражаючим є те, що ці скутери зберігають високу продуктивність навіть після багаторазових запусків і зупинок, а також при різних екстремальних температурах — чого акумулятори просто не здатні забезпечити без поступового втрати потужності. Аналізуючи всі ці дані, стає зрозуміло, чому водневі технології можуть так добре працювати в послугах, які потребують постійної експлуатації транспортних засобів протягом усього дня, наприклад, таксомоторних парках або службах доставки. Кожна додаткова хвилина очікування заправки означає втрату коштів для операторів у цьому швидкоплинному ринку.

Валідація логістики: пілотний проект DHL у Гамбурзі — 420 км/день із майже нульовим часом простою на дозаправку

Пілотний проект DHL у Гамбурзі показав досить переконливі результати на ринку. Їхні скутери на водневому паливі змогли проїжджати щодня близько 420 кілометрів під час останніх етапів доставки, здійснюючи лише одну заправку опівдні. Ці невеликі транспортні засоби виконали майже втричі більше маршрутів за день порівняно зі своїми конкурентами на акумуляторах. Скутери перебували в русі 98 % часу, тоді як аналогічні електричні транспортні засоби — лише 74 %. Електричні моделі, як правило, перевозять менший вантаж, оскільки для подолання більших відстаней їм потрібні більші акумулятори, тоді як водневі скутери зберігали повну вантажопідйомність незалежно від пройденої відстані. Після ознайомлення з цими випробуваннями стає зрозуміло, чому водень має таку перевагу в логістичних операціях на великі відстані, де зарядні станції розташовані рідко, управління тепловиділенням ускладнене, а розміщення достатньої кількості акумуляторів зменшує простір, який інакше мог би використовуватися для перевезення товарів.

Інженерне рішення для тривалої автономності: компромісні рішення при проектуванні системи для двоколісних транспортних засобів на водні

Оптимізація стека ПЕМТК (1,2–1,8 кВт), тепловий менеджмент та розподіл ваги

Отримання високої автономності від цих систем — це не лише питання наявності потужних джерел палива. Це потребує ретельного інженерного проектування кількох компонентів, що працюють у взаємодії. Протонно-обмінні мембранні паливні елементи (ПОМПЕ) досягають найкращих показників, коли їх проектують для вихідної потужності приблизно 1,2–1,8 кВт. Цього достатньо для задоволення потреб міського руху, але при цьому система залишається достатньо компактною, щоб транспортний засіб не став надто важким. У поєднанні з акумуляторами, які зберігають енергію під час гальмування й забезпечують додаткову потужність за потреби, транспортні засоби можуть подолати відстань 80 до 100 кілометрів на одному балоні водню. Контроль температури також залишається надзвичайно важливим. ПОМПЕ добре працюють у діапазоні температур від 60 до 80 °C, проте під час роботи вони виділяють значну кількість тепла. Спеціальні каналі для охолодження та матеріали зі зміною агрегатного стану допомагають виводити надлишкове тепло, не збільшуючи габаритів системи й не ускладнюючи її встановлення в транспортному засобі. Інженери вирішують проблеми ваги, розміщуючи балони з воднем або поруч один з одним, або один за одним — залежно від того, що краще забезпечує збалансованість важчих частин спереду й ззаду автомобіля. Це сприяє покращенню характеристик керованості порівняно з традиційними акумуляторними установками, де всі компоненти, як правило, зосереджені поблизу центру й підлоги транспортного засобу. Згідно з дослідженням компанії Aasma Aerospace минулого року, водень насправді має значно вищу енергоємність порівняно з літій-іонними акумуляторами — приблизно на 92–170 % вищу. Проте досягнення таких показників на практиці вимагає адекватного вирішення як проблем розподілу тепла, так і взаємного впливу окремих компонентів під час експлуатації. Системи, розроблені з урахуванням деталей, зазвичай втрачають менше ніж 5 % ефективності протягом 1000 годин роботи, що означає: оператори можуть використовувати їх протягом усього робочого дня без потреби зупинятися для заправки на середині зміни.

Перешкоди для масштабування впровадження двоколісних транспортних засобів на водневому паливі

Шлях до масового впровадження скутерів і мотоциклів на водневому паливі перегороджують кілька ключових перешкод, які потрібно подолати. Вартість, ймовірно, є найбільшою перешкодою наразі. Самі паливні елементи, а також важкі балони високого тиску й спеціальні каталітичні матеріали досі мають таку вартість, що робить ці транспортні засоби недоступними для більшості споживачів. Потім виникає питання про те, де взагалі можна отримати водень. У більшості місць поза великими містами-пілотами практично немає жодних заправних станцій, що викликає у водіїв тривогу щодо вичерпання палива посеред дороги. З інженерної точки зору ми досі працюємо над тим, щоб забезпечити стійкість систем зберігання водню під час зіткнень і їх надійну роботу в умовах екстремальних температур у різних кліматичних зонах. І не варто забувати про те, що люди думають, побачивши такі транспортні засоби на вулиці. Багато хто просто мало що знає про водневі технології, хвилюється через проблеми безпеки, хоча сама технологія є досить безпечною, і, як правило, віддає перевагу акумуляторам, оскільки саме їх вони звикли бачити всюди навколо. Щоб справді досягти прогресу в цій сфері, виробникам необхідно збільшити обсяги виробництва, а урядам — розгорнути розгалуженішу мережу заправних станцій. Також нормативно-правова база повинна наздогнати те, що технічно можливо сьогодні. Просто вкладати кошти в дослідження також не буде достатньо.

ЧаП

Скільки часу потрібно для заправки двоколісного транспортного засобу на водневому паливі?

Заправка двоколісного транспортного засобу на водневому паливі може тривати менше ніж три хвилини, що значно швидше, ніж зарядка електромобілів.

Який запас ходу у скутерів на водневому паливі?

Скутери на водневому паливі можуть проїжджати відстань 250–300 кілометрів на одному баку, навіть за різних умов.

Які основні перешкоди для впровадження двоколісних транспортних засобів на водневому паливі?

Основними перешкодами є високі витрати, відсутність інфраструктури для заправки та обмежена громадська обізнаність щодо водневих технологій.

Чим відрізняються водневі баки за способом зберігання від літій-іонних акумуляторів?

Водневі баки зберігають паливо під високим тиском, що дозволяє їм бути легшими при збереженні високої енергійної щільності порівняно з більш габаритними літій-іонними акумуляторами.