Что такое водородное топливо и почему о нем говорят
Водород все чаще называют топливом будущего. Он не выделяет вредных выбросов при использовании — в топливных элементах из него получают электричество, а единственным побочным продуктом становится водяной пар. Поэтому водород воспринимается как возможная альтернатива ископаемым видам топлива, особенно на фоне ужесточающихся экологических требований к транспорту.
Александр Лошманов, заместитель генерального директора Трансмашхолдинга (ТМХ) по развитию пассажирского транспорта:
«Водородное топливо самое оптимальное для пассажирского транспорта. Оно экологичное, поскольку «выхлоп» представляет собой водяной пар, возобновляемое, так как это самый распространенный элемент на планете, и по мощности может конкурировать с существующими видами энергии».
Водород редко встречается в чистом виде — его необходимо выделить из других веществ, чаще всего из воды или природного газа. Если процесс происходит с помощью возобновляемой энергии, такой водород называют «зеленым». Но большая часть водорода в мире сегодня по-прежнему производится из газа или угля, что сопровождается выбросами углерода. Этот «серый» или «синий» водород гораздо дешевле, но теряет смысл как экологическая альтернатива.
Тем не менее интерес к водородным технологиям растет — особенно в тех сферах, где электрификация затруднена: тяжелый грузовой транспорт, авиация, морские перевозки и железные дороги.
Первый водородный локомотив в Латинской Америке недавно запустили в Чили: состав был спроектирован китайской компанией Ahtech CRRC Qishuyan специально для эксплуатации в экстремальных природных условиях на севере страны. В Польше с начала осени активно тестируется пассажирский поезд на водородном топливе. Подобные проекты идут и в Южной Корее, США, Индии, Китае, а в ближайшее время первый эксперимент по запуску водородного поезда планируется и в России.
Айсылу Аскарова, старший научный сотрудник Центра науки и технологий добычи углеводородов Сколковского института науки и технологий:
«Водородные технологии в железнодорожном транспорте сейчас находятся на переходной стадии: технология вышла за рамки чисто пилотных демонстраций, но еще не дошла до полностью отлаженной коммерческой эксплуатации. В разных странах уже реализованы крупные исследовательские и демонстрационные проекты, однако говорить о том, что водородные поезда стали полностью зрелым видом транспорта, пока рано».
Главное преимущество водородных поездов — гибкость. Они не требуют прокладки электросетей, что особенно актуально для отдаленных маршрутов, где пассажиропоток невысокий. Вместе с тем технология пока остается дорогой — от производства водорода до строительства заправочной инфраструктуры. Именно поэтому в ближайшие годы рынок будет развиваться при участии государства.
Юрий Васильев, директор инжинирингового центра «Автономная энергетика»:
«Полная цепочка работы с водородом на транспорте, в том числе на железных дорогах, поставлена во многих странах на широкую ногу — идут масштабные проекты применения технологий в промышленности. Можно четко обозначить, что период 2026–2030 годов будет направлен на масштабирование достигнутого на сегодня положительного опыта при сохранении масштабной господдержки, так как рынок водородной энергетики еще формируется и стоимость владения водородным транспортом на жизненном цикле пока еще заметно выше по сравнению с традиционным».
Так водород постепенно перестает быть исключительно лабораторной разработкой и становится частью реальной транспортной стратегии — особенно там, где нужен экологичный, но автономный способ передвижения.
Константин Трофименко, директор Центра исследований «Умного города» НИУ ВШЭ:
«С точки зрения экономики и техники наиболее оправданно применение водородных двигателей на морском транспорте. Это особенно актуально, потому что дизельные суда — один из самых грязных видов транспорта, они сильно загрязняют Мировой океан. Что касается поездов, то да, они тоже могут использовать водород.
Однако традиционная электрификация железных дорог по-прежнему дает лучший комплексный эффект. Водородные поезда — это скорее решение для неэлектрифицированных участков, которых в России достаточно. На таких направлениях водород может оказаться перспективнее дизеля — по крайней мере, с точки зрения экологии».
Российский эксперимент: зачем Сахалину водородный поезд
На Сахалине готовятся запустить первый в России пассажирский поезд на водородной тяге — уникальный проект, не имеющий аналогов в странах с железнодорожной колеей 1520 мм. Это серьезный шаг в сторону новых источников энергии на транспорте, где водород рассматривается как перспективная альтернатива дизелю, особенно в труднодоступных и неэлектрифицированных регионах.
По словам Александра Лошманова, работа поезда строится на сочетании водородных топливных элементов и аккумуляторов, которые включаются в разное время в зависимости от условий движения. Основную часть маршрута поезд проходит на водороде — это обеспечивает большой запас хода и стабильную тягу. Батареи подключаются при разгоне, на подъемах или на коротких участках, где выгоднее использовать накопленную энергию. При необходимости состав может проехать и полностью на батареях, экономя водород.
Вся энергетическая система собрана в отдельном бустерном вагоне, где размещаются топливные элементы, аккумуляторы и баллоны для хранения водорода. Такой модульный подход облегчает обслуживание и дает возможность модернизировать поезд без вмешательства в пассажирские вагоны. Двух- и трехвагонные версии различаются запасом хода и вместимостью, но принцип их работы остается единым. В конструкции особое внимание уделено удобству посадки и комфорту внутри салона, включая решения для маломобильных пассажиров.
С выбором пилотной площадки все логично. Сахалин один из немногих российских регионов, где сформирован водородный кластер и уже работает первый в стране испытательный полигон. Здесь обкатываются технологии производства, хранения, транспортировки и заправки водородом. Кроме того, островной регион имеет протяженную железнодорожную сеть с участками без электрификации, что делает его идеальной зоной для тестов. Первый водородный поезд «в железе» планируется изготовить в 2026 году. Ожидается, что к 2027 году он пройдет серию сертификационных испытаний, после чего будет готов к эксплуатации.
Юрий Васильев отмечает, что современные технические решения уже позволяют говорить о зрелости водородной тяги: «Современные топливные элементы работают по 20–25 тыс. часов до капитального ремонта, а к 2030 году их ресурс превысит 30 тыс. часов. Они хорошо переносят цикличные нагрузки: резкие изменения мощности берут на себя литийионные аккумуляторы, а водородные элементы работают в более ровном режиме и медленнее изнашиваются».
Водород как топливо особенно интересен с точки зрения устойчивости. Его использование не приводит к выбросам углекислого газа и других загрязняющих веществ, побочным продуктом работы поезда становится лишь водяной пар. В долгосрочной перспективе это снижает затраты на устранение экологических последствий, актуальных для дизельной тяги.
Несмотря на то что внедрение требует вложений — в первую очередь в инфраструктуру, — специалисты отмечают, что, по сравнению с масштабной электрификацией труднодоступных направлений, для нашей страны запуск водородных составов может оказаться более экономически оправданным. К тому же по мере наработки опыта и выхода технологии на промышленный уровень разница в стоимости эксплуатации будет снижаться.
Сейчас в России около половины железнодорожной сети не имеет контактной электросети, но именно на этих участках может появиться окно возможностей для водородной тяги. Если испытания на Сахалине покажут эффективность подхода, аналогичные проекты могут появиться в Восточной Сибири, Мурманской и Архангельской областях, где пока продолжают активно использовать дизельные локомотивы.
Александр Лошманов, заместитель генерального директора ТМХ по развитию пассажирского транспорта:
«Развитие водородных поездов — это сложный, но неизбежный этап в организации железнодорожного транспорта, для успешной реализации которого необходимо как ускорение разработки нормативной базы и стандартов, так и создание инфраструктуры».
Водород в перспективе: шаг к безуглеродному транспорту или эксперимент?
Пока в России только создается первый водородный поезд, вокруг технологии не утихают споры. С одной стороны, она открывает путь к более экологичному и автономному транспорту, с другой — требует серьезных вложений и глубокой проработки. Например, в конце ноября французская машиностроительная компания Alstom заявила о том, что прекращает развитие водородного направления из-за недостатка государственного финансирования. Сославшись на экономическую нецелесообразность проекта, от закупки водородных поездов отказались и в Нидерландах. Тем не менее эксперты уверены: если не начать тестирование технологии сейчас, можно упустить шанс сформировать свою компетенцию в одном из самых перспективных направлений железнодорожной отрасли.
Один из ключевых плюсов — экологичность. В отличие от дизельных локомотивов, водородные поезда не выбрасывают парниковые газы. Это снижает воздействие на окружающую среду и в долгосрочной перспективе избавляет от затрат на устранение последствий загрязнения. При этом на малозагруженных участках с неэлектрифицированными линиями водородная тяга может оказаться дешевле традиционной электрификации. Основные затраты приходятся на запуск и создание инфраструктуры — но при масштабировании технологии стоимость обслуживания сравняется с другими видами тяги.
По словам Константина Трофименко, водородный транспорт сейчас проходит этап апробации во многих странах: «Подобные эксперименты идут давно, в первую очередь — в Европе. Германия, Скандинавия, отчасти Япония — они активно работают в этом направлении. Но пока это либо опытные образцы, либо пилоты. Если наш проект будет масштабно реализован, он может стать уникальным даже в мировом контексте».
Тем не менее путь к масштабированию остается сложным. Айсылу Аскарова подчеркивает: «Существует несколько ключевых условий, без которых водородная тяга не сможет перейти из разряда экспериментальных решений в полноценный элемент транспортной системы. Прежде всего — нормативно-правовая база, включая стандарты безопасности для хранения, транспортировки и эксплуатации водорода. Важно обеспечить технологическую готовность: доступность топливных элементов, систем хранения, силовой электроники и других компонентов. Существенным фактором является возможность производства низкоуглеродного водорода по приемлемой цене. Также требуются подготовка кадров и устойчивые инвестиции в развитие всей экосистемы — от улавливания CO₂ до пилотных проектов по генерации водорода».
Первый шаг в этом направлении — проект на Сахалине, где формируется полноценная инфраструктура: от полигона и завода до заправочных комплексов. Его результаты покажут, насколько водородная тяга вписывается в российский ландшафт. Перемены требуют времени, опыта и экспериментов. Но только так можно понять, какое решение окажется по-настоящему устойчивым и выгодным в перспективе.
➤ Подписывайтесь на телеграм-канал «РБК Трендов» — будьте в курсе последних тенденций в науке, бизнесе, обществе и технологиях.