В BMW появятся новые двигатели на водородной основе

Для достижения углеродно-нейтрального производства, которого многие автопроизводители, включая BMW, обязались достичь к середине этого века, потребуется целый ряд решений. Основную нагрузку по использованию чистой энергии в будущем будут нести автомобили с аккумуляторными батареями (BEV), но немецкий производитель не одинок в своем мнении, что автомобили на водородных топливных элементах (FCV) станут важной частью этого комплекса.

Honda, Hyundai и Toyota также разделяют это мнение со своими текущими и будущими моделями FCV. После вождения нового прототипа iX5 FCV в Бельгии мы пришли к выводу, что BMW, возможно, что-то задумала, даже если это что-то, вероятно, не будет реализовано в течение десятилетия или двух.

В этом году будет построено менее 100 автомобилей iX5 в рамках демонстрационного парка для различных регулирующих органов и маркетинговых инициатив. Лишь небольшая горстка попадет в США, где, в отличие от Центральной Европы и некоторых стран Азии, водородная инфраструктура практически не существует за пределами Калифорнии.

Производство подразумевает доставку X5 из Спартанбурга, штат Южная Каролина, где он родился, в научно-исследовательский и инновационный центр BMW в Мюнхене. Там они смонтировали новый пол для размещения двух цилиндрических водородных баков из углеродного волокна, расположенных в центральном тоннеле и под задним сиденьем iX5.

Объем топливных баков составляет около 16 фунтов газообразного водорода под давлением 10 150 фунтов на квадратный дюйм, что обеспечивает примерно 310 миль расчетного пробега по оптимистичной европейской методике WTLP (что соответствует примерно 260 милям пробега в США, согласно циклам EPA). В отличие от BEV, заправка iX5 на одной из водородных станций в окрестностях Антверпена занимает всего несколько минут и будет знакома каждому, кто когда-либо заправлял свой собственный бензин.

Под грузовым отсеком iX5 находится задняя ведущая ось и синхронный двигатель с токовым возбуждением от BMW iX. Над ним располагается 400-вольтовая литий-ионная батарея с полезной емкостью около 2,0 кВтч, которая служит буфером энергии для топливных элементов, чтобы помочь при ускорении, а также для рекуперации энергии при торможении.

Сам блок топливных элементов находится под капотом iX5 и включает в себя основные элементы от давнего партнера BMW по FCV, компании Toyota. BMW разработала остальную часть сборки, включая охладитель и увлажнитель воздуха, которые оптимизируют качество воздуха в системе, а также мощный компрессор для быстрой подачи кислорода в мембраны ячеек, где происходит основная химическая реакция.

По словам BMW, эти усовершенствования обеспечивают быстрый отклик на нажатие педали газа и способность топливного элемента постоянно работать на максимальной мощности. Как и во всех FCV, единственными побочными продуктами являются электричество и водяной пар, а общая мощность системы составляет внушительные 395 лошадиных сил.

Наряду с простотой заправки, iX5 подчеркивает дополнительные преимущества FCV по сравнению с аналогичными BEV. Например, автомобили на топливных элементах, как правило, легче, в основном потому, что для них требуется батарея скромных размеров; BMW утверждает, что снаряженная масса iX5 аналогична снаряженной массе подключаемого гибрида X5, последний из которых, который мы тестировали, весил 5627 фунтов.

Конечно, аналогичный по размерам электромобиль iX с его большим аккумулятором емкостью 105,2 кВт/ч едва ли тяжелее, но в его конструкции используются более легкие материалы, чем в X5, что стоит снижения веса на пару сотен фунтов. Еще одним преимуществом FCV является то, что их более компактные батареи требуют значительно меньше элементов, производство которых сейчас пользуется большим спросом, таких как литий, кобальт и никель, хотя для самого топливного элемента требуется небольшое количество платины.

Работа топливных элементов также более стабильна при экстремальных температурах, особенно в холодное время года. Хотя замерзание воды внутри топливного элемента действительно может быть проблемой, BMW утверждает, что iX5 решает эту проблему с помощью сжатого воздуха, который выдувает остатки воды из элементов в дренажные контуры. Что касается тех, кто задается вопросом, что случилось с предыдущей работой BMW над водородными двигателями внутреннего сгорания, то технические проблемы и сходство, присущее FCV и BEV, свели на нет эту идею.

Сторонники FCV утверждают, что благодаря своим сильным сторонам, особенно уменьшенной массе и меньшей потребности в экзотических материалах, топливные элементы хорошо масштабируются в более крупных приложениях, таких как тяжелые грузовики и корабли с достаточным пространством для размещения крупных резервуаров для хранения.

Такие крупные отрасли, как сталелитейная промышленность, также начинают использовать водород, и BMW делает ставку на то, что такие применения будут ключевыми для будущего развития FCV. Действительно, стратегия компании основывается на том, что водород станет более практичным (и доступным) для использования на транспорте по мере роста его популярности в других отраслях. "Все дело во времени", — говорит Оливер Ципсе, председатель правления BMW, уподобляя грядущую точку запуска ожидаемого более широкого внедрения водорода тому, что литий-ионные батареи сделали для автомобилей BEV.

Но не ожидайте увидеть iX5 на своем подъезде в ближайшее время. BMW считает эту пилотную программу FCV сродни своему первоначальному ограниченному внедрению BEV, которое включало первый Mini E в 2009 году и BMW ActiveE в 2012 году. Однако, даже если компания разрабатывает универсальные архитектуры автомобилей для поддержки силовых агрегатов на топливных элементах, FCV будут в основном дополнительной и, вероятно, субсидируемой технологией на рынках, которые готовы решать сложные экономические проблемы доставки водорода потребителям.

Например, постоянные перебои с поставками в Европе значительно повысили стоимость водорода, значительно превысив стоимость бензина и дизельного топлива в расчете на милю пробега. Конечно, все это не способствует долгосрочной устойчивости, если водород не производится с использованием чистых источников энергии, таких как ветер, солнце и атомная энергия. Короче говоря, как бы ни была привлекательна водородная технология BMW, это лишь небольшой фрагмент в головоломке будущей энергетики.