Из истории вопроса
Топливные элементы — штука изобретённая очень давно. Это одна из тех потрясающих вещей, развитие которых долгие годы сдерживалось нефтяным лобби. В 1863 году Уильям Гроув, судья из Великобритании, который на досуге немножко изобретал, заметил, что электролиз воды (то есть разложение её на водород и кислород помощью электричества) можно сделать обратимым, то есть получить воду путём соединения двух газов, причем с высвобождением электроэнергии — это поначалу могло быть побочным эффектом, но быстро стало основной идеей.
Гроув самостоятельно собрал первый в истории топливный элемент, в котором катализатор из платины помогал соединить молекулы водорода и кислорода, в результате чего получалась вода, тепло, которое можно было использовать на испарение воды, и электричество напряжением около 1 Вольта. Получаемые таким образом топливные ячейки (по-английски «fuel cell») можно было объединять, собирая батарею под любую требуемую мощность.
Об этой невероятной концепции забыли на целое столетие, за которое на Земле успели как следует обосноваться автомобили, работающие на нефтепродуктах. Потом было кратковременное просветление: 1960-х жахнул очередной нефтяной кризис, который поспособствовал тому, чтобы на скрижалях истории осталось ещё одно начинание в этой теме — парни из корпорации GM построили автобус с батареей на топливных элементах, которая питала 32-киловаттный электромотор и позволяла проезжать на одной заправке водородом порядка 200 километров. Без всякой нефти и вредных выбросов!
Впрочем, в 60-е о выбросах никто ещё не думал, и как только цены на нефть стабилизировались, о смешном джиэмовском автобусе больше никто не вспоминал. А вот в 1990-е на сцену вышли экологи с их стонами об озоновом слое, и идея топливных элементов получила новый толчок. Идею начали всерьёз, с поддержкой правительств, изучать Daimler-Chrysler, GM, Ford, Volkswagen, BMW, Toyota, Honda...
«Звездолёт» на колёсах
На новый технологический уровень топливные элементы во многом подвинула космическая отрасль. При проектировании американских «челноков» и их советского аналога «Буран» топливные элементы были фактически разработаны заново. В России именно этот факт поспособствовал запуску проекта уникального автомобиля АНТЭЛ. То есть, если расшифровывать аббревиатуру, автомобиля на топливных элементах.
В 1998 году на АВТОВАЗе собралась группа единомышленников: Георгий Мирзоев (к тому моменту — уже бывший главный конструктор Волжского автозавода), Сергей Ивлев, Андрей Тихонцев и Анатолий Сорокин; на более позднем этапе к ним примкнул Юрий Пашин. Этой команде удалось выйти на тех, кто занимался в стране топливными элементами — людей из РКК «Энергия» и Уральского электрохимического комбината (УЭХК). Комбинат производил батареи топливных элементов, а на «Энергии» собирали из них энергоустановку. Технически правильно она называется электрохимический генератор или ЭХГ.
Как именно были найдены контакты этих людей и как автомобилистам удалось уговорить сотрудничать учёных из постсоветского, но всё ещё засекреченного «космоса» — тема для отдельного детективно-фантастического романа. Другой интересный вопрос — как в разгар дефолта на заводе нашлось финансирование на этот проект. Но факт состоит в том, что в 2001 году на РКК «Энергия» в Королёве была доставлена из Тольятти полуразобранная длинная «Нива» (ВАЗ-2131), где её начинили совершенно нетипичными для автомобиля узлами.
ЭХГ «Фотон», который использовался на корабле «Буран», был доработан с учётом автомобильной специфики. Перекоммутировав топливные элементы, разработчики подняли напряжение с 36 В, которые требовала бортовая сеть космического челнока, до 120 В, необходимых вазовскому электродвигателю (в те годы на АВТОВАЗе были серьёзные наработки и по «обычным» электромобилям), а также увеличили выходную мощность с 10 до 17 кВт с пиком в 25 кВт. Конечно, это очень немного (у современной El Lada, к примеру, пиковая мощность электромотора достигает 60 кВт), но для начала это всех устраивало.
Дополняли конструкцию, собственно, электродвигатель, баллоны с кислородом и водородом и соединительные трубки из особой «нержавейки». Двигатель, установленный в моторном отсеке, приводил передние колёса, а баллоны и энергоустановка заполнили собой пространство от пола багажного отделения и до потолка. Таким образом, багажника, равно как и обзора назад через салонное зеркало, у первого АНТЭЛа не было, зато был полностью сохранён полезный объём салона, что на фоне конкурентов в те годы было очень хорошим результатом.
Фурор первого АНТЭЛа
На совместное с УЭХК и РКК «Энергия» проектирование и постройку этого автомобиля АВТОВАЗ затратил 9 миллионов рублей. По курсу тех лет это около 30 000 долларов, что в сотни раз меньше сумм, которые тратили на подобные разработки на Западе и Востоке. Причем завод тратил исключительно свои деньги, не получая никакой поддержки на уровне государства. Тем не менее, автомобиль получился хороший.
Когда сборка была окончена, его выкатили во внутренний двор корпуса РКК «Энергия», заправили баллоны с кислородом и водородом и запустили энергоустановку. Через 40 минут она разогрелась до 65 градусов Цельсия — это означало, что автомобиль уже может сдвинуться с места, хотя на полную мощность ЭХГ выходил только при 95 градусах. Первым за руль сел инженер проекта со стороны «Энергии» Вячеслав Никитин...
АНТЭЛ поехал. Сразу, без остановок и сбоев. Вторым пробную поездку провёл вазовец Сергей Ивлев, а потом посчастливилось «порулить» остальным участникам проекта. В общей сложности в первый же день своей жизни АНТЭЛ провёл в движении около часа. А уже на следующий день АНТЭЛ катал по главной площади РКК «Энергия» высокое начальство и гостей — генерального конструктора «Энергии» Юрия Семёнова, президента АВТОВАЗа Владимира Каданникова, представителей «Главкосмоса», космонавтов...
В августе того же 2001 года АНТЭЛ произвёл сенсацию на V Московском автосалоне. Казалось невероятным, что кто-то в России реализовал такой проект в столь сжатые сроки и на столь высоком уровне. После автосалона вазовцы пригласили на полигон в Дмитров журналистов, подробно рассказали о машине и покатали всех желающих. Приезжали представители СМИ и на АВТОВАЗ — журнал «Авторевю» выпустил большую статью, в которой Михаил Подорожанский подробно описывал, как ему удалось побывать в Тольятти, «угнать» первый российский автомобиль на топливных элементах и совершить на нём поездку по заводу... Словом, 2001 годы был годом АНТЭЛа.
АНТЭЛ-2
В 2003 году на АВТОВАЗе собрали вторую генерацию машины. Главным конструктивным отличием от первой было то, что кислород больше не имел опасного соседства с водородом — для получения кислорода использовался забортный воздух, засасываемый в установку компрессором. Это позволило сократить время заправки, а также сделать машину более компактной и лёгкой. Её построили на базе универсала ВАЗ-2112, и она получилась всего на 250 кг тяжелее бензиновой машины, в то время как первый АНТЭЛ весил порядка 2 тонн. На реализацию проекта завод выделил уже 100 миллионов рублей.
Ни снаружи, ни в салоне АНТЭЛ-2 не выдавал своей совершенно нетипичной «начинки». Но открыв капот, можно было обнаружить бурановский ЭХГ, «раскачанный» с 120 до 240 В, а под ним скрывался новый электродвигатель мощностью уже не 25, а 60 кВт. В нише запасного колеса обнаруживались лёгкие и сверхпрочные баллоны для водорода. Дальность хода машины возросла с 200 до 350 км.
В конфигурации установки появилась так называемая буферная батарея, которая позволяла кратковременно увеличить отдачу мотора в два раза, а заряжалась она либо от батареи топливных элементов, либо используя рекуперацию энергии торможения автомобиля. В тормозной системе, кстати, появился вакуумный усилитель (АНТЭЛ-1 тормозил, если честно, кое-как), который работал от электрического насоса. Точных замеров разгона не проводилось, но он стал более-менее сравним с показателями обычного легкового автомобиля (первый АНТЭЛ разгонялся бесконечно), а максимальная скорость выросла с 80 до 100 км/ч.
Но главное, из-за появления специальных нагревателей время разогрева ЭХГ сократилось с 1 часа до 10 минут. И столько же стал занимать процесс заправки — благодаря тому, что водород теперь не закачивался, а «перетекал» в баллоны под определённым давлением... Этот автомобиль, отчётливо напоминавший уже серийный образец, за 2003 и 2004 годы объездил все значимые автосалоны мира — в Москве, Женеве, Франкфурте и Париже... И стал последним АНТЭЛом, воплощённым в металле.
АНТЭЛ-3 и АНТЭЛ-4
Финансирование проекта «АНТЭЛ» было приостановлено на АВТОВАЗе в 2004 году в связи со сложным финансовым положением самого завода. А потом тема и вовсе исчезла из перечня перспективных разработок. Как мы знаем, несколько следующих лет завод будут сотрясать производственные, экономические и политические неурядицы — в таких условиях действительно не до хай-тека. И всё-таки проект продолжал жить.
Есть такие цифры: чтобы водород стал выгодным топливом, на его производство нужно затрачивать не более 2 кВт энергии, а сейчас затрачивается порядка 4-5 кВт. АНТЭЛ-3 решал проблему временного отсутствия инфраструктуры сети заправочных станций: в качестве «сырья» для энергоустановки использовался не водород, а метан. Как именно получить из метана водород, вазовцам подсказали работники ядерного центра в Сарове. При таком способе имелся побочный продукт — углекислый газ — зато все остальные выбросы (СО, СH, NOx) равнялись нулю, машина двигалась бы на чистой электротяге, а заправляться могла на обычной газозаправке. Такая энергоустановка могла ставится на любой серийный автомобиль. Но по факту была построена в одном единственном опытном экземпляре.
Что касается АНТЭЛ-4, то он отрабатывал идеологию модульной платформы. Планировалось, что оригинальную раму с водородной энергоустановкой можно будет «подкатывать» под любой серийный автомобиль, используя штатную подвеску, тормоза и рулевое управление, а также строить на основе этой рамы новые модели. Идея была доведена до полностью проработанных математических моделей: любая вазовская модель без особых трудозатрат превращалась в автомобиль «Fuel Cell» ( или FC, «топливные ячейки»), становясь выше на толщину оригинальной рамы в 60 мм.
В то время (2006-2008 годы) концепцию четвёртого АНТЭЛа предполагалось прежде всего реализовать для перспективной модели «Силуэт» (ВАЗ-2116, проект закрыт в 2009 году), а энергоустановка была уже не заимствованной с «Бурана», а спроектированной специально под эту тему. В Уральском электрохимическом комбинате научились снижать стоимость установки, уменьшая объём драгметаллов в конструкции в 120 раз. Отрабатывались и варианты серийного производства электрохимических генераторов, что приблизило бы их по стоимости к обычным ДВС...
Что теперь?
Конечно, автомобили с технологией «Fuel Cell» по-прежнему дороги и сложны для освоения даже в тех странах, где эта тема активно поддерживается на госуровне. Однако за последние 10 лет подобные проекты в мире развиваются семимильными шагами. Концепт Honda FCX Clarity, кроссоверы Toyota Hilander и Lexus RX с технологией FCHV-adv, компакт-кары Mercedes В-Class и BMW 1-Series на топливных ячейках, «японец» Nissan X-Trail FCV и, наконец, «кореец» Hyundai Tucson Fuel Cell...
Почти все, кто заявлял о начале исследований 20 лет назад и все, кто присоединился к ним позже, представили серийные машины и уже начали реализацию по лизинговым схемам: например, Tucson на топливных элементах активно используется прокатными конторами в Калифорнии... И вот теперь на сцену выходит Toyota Mirai – первая машина с технологией «Fuel Cell», которую может купить любой желающий. Цена в Японии — около 60 000 долларов, есть планы поставок в Германию и США. Компания отчаянно демпингует (реальная цена «Мирай» примерно в два раза выше) но деваться некуда, ведь в 2016 году на рынок выйдет основной конкурент, Honda FCV.
Ещё через 10-20 лет автомобили на топливных элементах окончательно превратятся из фантастических машин в обыденный, хоть и новаторский, транспорт — отчасти потому, что в Европе, США и Японии появятся десятки и сотни заправочных станций. Но не в России.
С 2004 года проект «АНТЭЛ» фактически заморожен. Георгий Мирзоев, инициатор проекта, в 2014 году отправился на пенсию. Сергей Ивлев в данный момент занимается на АВТОВАЗе электромобилями, в частности проектом «El Lada», который является для предприятия скорее имиджевым. Технология «Fuel Cell» на данный момент не разрабатывается ни одним российским предприятием и не имеет поддержки со стороны крупных корпораций или государства.
Для комментирования вам необходимо авторизоваться