О водородный новый мир: в Подмосковье проектируют экологичный транспорт будущего



В подмосковной Черноголовке, одном из известнейших наукоградов страны, в последние годы экспериментируют с транспортом на водородных топливных элементах. Там есть самолет на водороде, водородная заправка, беспилотная платформа, которая может перевозить грузы и людей. Все это разработали в Центре компетенций НТИ “Технологии новых и мобильных источников энергии” при ИПХФ РАН. Мы побывали на полигоне чудо-техники и узнали, зачем нужны все эти навороты, безопасен ли водород и кто будет пользоваться водородной заправкой.

Экологичная платформа-вездеход для предприятий и парков

На территории Института проблем химической физики РАН, где находится и центр компетенций, много места. Вокруг лесной массив, рядом ходят олени. Тут-то и катается симпатичная платформа на батарейке. На вид она импортная, но полностью собрана в России. А еще на вид она не тяжеловес, но по факту им является — может увезти до 1,5 тонн груза.

Максим Кузьмин, главный инженер, берет в руки джойстик, похожий на геймпад для консолей, и начинает рулить машиной. Платформа двигается бесшумно. В начале проектирования она была оснащена Li-ion аккумуляторами, но время их работы было довольно ограничено. Поэтому разработчики решили дополнить энергетическую систему платформы водородным топливным элементом. В результате она может кататься почти 10 часов без перерывов. Плюс заправка водородом проходит быстрее, за 2-3 минуты, в то время как аккумулятор нужно заряжать несколько часов.

Двигается платформа плавно, подвеска гасит почти все неровности, спокойно едет по грунту. Скорость небольшая — около 15 км/ч. Платформа способна и на большее, но ее задачи этого не требуют. Дело в том, что платформа предназначена для перевозок грузов там, где важна безопасность транспорта: в шахтах, на складах, аэродромах. Или приоритетом становится экологичность: в заповедниках, на объектах Всемирного наследия ЮНЕСКО.

Платформой можно управлять не только вручную. Можно программно задать маршрут из точки А в точку Б, и она будет курсировать по нему самостоятельно без участия людей. “Видеть” препятствия она может с помощью нескольких широкоугольных камер дневного и ночного видения, которые охватывают около 20 метров вокруг.

Нейросеть “натаскали” на распознавание движущихся и статичных объектов, она замечает людей и животных, умеет экстренно тормозить, перестраивать маршрут.

На территории института машина ориентируется по радиометкам, ей почти не нужна связь через GPS или любая другая. За счет этого платформа с точностью до сантиметра знает, где она находится.

“Обычно на такие беспилотные транспортные средства устанавливают дорогое оборудование, — поясняет Юрий Добровольский, руководитель Центра НТИ

«Новые и мобильные источники энергии». — Лидары, например, которые обходятся дороже самого автомобиля».

«Мы не планировали использовать платформу в людных пространствах, поэтому установили сравнительно дешевое оборудование. Убрали лидары, поставили хорошую нейросеть и простые оптические системы, они гораздо дешевле”. Юрий Добровольский

Сделана платформа из композитных материалов, в том числе из углепластика. Высокие температуры ей не страшны, морозы тоже, однако под дождем ее пока лучше не использовать: в основном она предназначена для перевозок под крышей, где осадков нет.

Пока сотрудники центра компетенций тестируют ее на территории института. Недавно установили пассажирские сиденья, чтобы отработать еще один сценарий помимо доставки грузов. Третий возможный сценарий использования — погрузчик с рукой-манипулятором. Платформу можно трансформировать под разные варианты использования буквально за 15 минут.

“По сути это применение известных технологий в одном комплексе, — объясняет Добровольский. — Но все сделано силами Центра компетенций, включая автопилот и нейросеть. У нас свои топливные элементы, даже рама спроектирована и собрана вручную”.

Платформа не может выезжать на общественные дороги из-за законодательных ограничений, да это не планируется в принципе. Но вскоре она начнет колесить по территориям предприятий — на нее уже нашлись потенциальные заказчики в России и за рубежом.


Компактный водородный самолет как ориентир для авиации будущего

После платформы идем смотреть на еще один агрегат на водороде — самолет. Это российская “Сигма-4”, которой оставили родные летные характеристики, но оснастили ее гибридным топливным элементом, который сочетает в себе электричество и водород. Он служит топливом и вырабатывает электричество, которое, в свою очередь, вращает винт.

Элемент разработали вместе с компанией “ИнЭнерджи”, партнером Центра компетенций. За счет гибридной схемы самолет бесшумный и, как и платформа, экологичный. Тем временем обычные авиадвигатели выбрасывают тонны углекислого газа, и это только за один не самый длительный перелет. От водорода же выхлопов нет.

Самолет совсем небольшой, вмещает двух пассажиров и не рассчитан на перевозку грузов. Скорее это экскурсионная модель для туристов, которые хотят посмотреть на что-нибудь с высоты, или же для сельскохозяйственников, которым нужно следить за урожаем и животными. Он может летать максимум на 300 км, и развивать крейсерскую скорость в 170 км/ч. Для взлета и приземления “Сигме-4” не нужен асфальт. Он “осилит” взлет и посадку с травяной площадки, да и с грунтовой тоже.

На самом деле это самолет-демонстратор, поясняет Добровольский. Он выполняет просветительскую функцию: показывает игрокам авиарынка, что на водороде можно летать. И дело не только в экологии, но и в безопасности.

Обычное топливо легко возгорается, а водород сложно поджечь даже при желании: он слишком быстро улетучивается. Большую роль играет и то, что баллоны для водорода стали делать из прочных композитных материалов. “Мы случайно уронили один такой баллон с высоты 200 метров с квадрокоптера, — рассказывает Добровольский. — И с ним ничего не случилось, он даже не раскрылся”.

В будущем этот проект должен перерасти в полноценный большой самолет на водороде. Грузовой, гражданский — любой.

“Вспомогательные силовые установки сейчас пытаются сделать электрическими, поскольку самолеты внутри себя стали использовать столько же энергии, сколько тратится на сам полет, — объясняет Юрий Добровольский. — А отбирают ее у того же двигателя и расход топлива больше, поскольку часть энергии забрали. Но для того, чтобы просто покатать SuperJet по полосе, требуется 900 кг электрических аккумуляторов. В результате их надо либо выбрасывать после этого, либо тащить лишних 900 кг с собой. А энергоемкость нашей установки больше в 10 раз, на 900 кг водорода самолет может облететь несколько раз вокруг света”.

Скоростная заправка

Заправку Центр компетенций НТИ приобрел для своих нужд, так как в арсенале немало водородной техники. Раньше ее заправляли из баллонов, но получалось долго: сутки можно ездить, а потом двое суток заправлять. Заправка же “заряжает” водородом тот же автомобиль буквально за 6-8 минут. “Квалифицированные кадры теперь не отвлекаются на эти трудозатратные процессы, — поясняет Добровольский, — Да, мы могли бы сделать свою заправку, но нам нужно было быстро начать работать”.

Еще одна причина покупки в том, что заправка может заправить любой промышленный экспериментальный образец, завезенный в Россию и непосредственно в Черноголовку. Техники, которая нуждается в водороде, постепенно становится больше. Например, Центр компетенций сотрудничает с энтузиастом Владимиром Седовым, который приобрел водородную Toyota Mirai.

Но дело не только в частных автомобилях. “Есть производители автобусов, которые собрались сюда привезти транспорт для Москвы и области, — Но привозить незачем, потому что нечем заправлять. Сейчас есть, думаю, мы увидим в начале 2021 года несколько водородных автобусов. К сожалению, иностранных фирм, тут никуда не денешься, но они будут здесь заправляться”. Возможно, один из них будет возить пассажиров из Москвы в Черноголовку и обратно в качестве эксперимента.

Следующей весной Центр компетенций по новым источникам энергии собирается показать заправку на основе природного газа и с помощью электролизера, который будет “производить” водород для заправки при помощи электричества. И тогда этот вид топлива обойдется в 2-3 раза дешевле по сравнению с бензином.

Будет ли спрос на нее — сложно сказать. Если не будет водородных заправок, то в России не будет водородных автомобилей, а если не привезут/не соберут водородные автомобили, то не нужны будут и заправки. Добровольский считает, что сколько-то заправок все-таки нужно.

Водородными машинами интересуются многие предприятия плюс разрабатывается огромная федеральная программа по водородной энергетике, где заправки — одна из частей системы.