Для предыдущего выпуска журнала Y Magazine (№ 3 за 2025 год) я подготовил статью «Электрическое движение», посвященную шагам повышения экологической безопасности яхт, в частности за счет электродвижения. В конце я затронул тему использования водорода как альтернативного и весьма экологичного вида топлива для судовых силовых установок. В статье, помимо прочего, публиковались показатели эффективности применения водородного топлива в сравнении с запасаемым электричеством, приводящим в движение пропульсивные установки. Здесь я хочу продолжить тему водородного топлива для силовых установок и уделить внимание состоянию вопроса в автопроме и технологическим особенностям производства водородного топлива. Особенно это актуально в связи с тем, что в данной области за последние годы произошли значительные изменения.
H2: плюсы и минусы
Позволю себе напомнить читателям: несмотря на всю привлекательность «батарейного» электродвижения яхт, использование накопленного электричества имеет ряд недостатков, больших и поменьше, о которых адепты «электричек» умалчивают. Одни — по неведению, другие — защищая собственные интересы. Например, самый богатый человек планеты Илон Маск заявил (по крайней мере, так его цитируют), что применение водорода в качестве топлива является «тупой и примитивной технологией». Но Маск — в первую очередь крайне успешный бизнесмен с удивительным чутьем на «стреляющие» инновации, а не гений инженерии. Отстаивая свой электробизнес, он как бы не замечает всего комплекса производства и жизненного цикла батарей, хотя именно здесь и зарыта собака. Весьма грязное производство батарейных накопителей энергии и проблемы с их утилизацией (батареи долго не живут) практически сводят к нулю суммарные экологические бонусы такой пропульсии. Это и есть самый большой «скрытый» минус, которого лишены технологии использования водорода как топлива. Но давайте пойдем дальше.
Breakthrough. Длина 118,80 м, ширина 19,00 м, валовая вместимость 7247, корпус сталь, надстройка легкий сплав, мощность 6800 кВт, пассажиры 30 чел., экипаж 44 чел., дизайн RWD
Водородно‑топливная тема не нова. Водород в газообразном состоянии начали использовать для сжигания в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) еще в позапрошлом веке. При этом процессе выхлопные газы ДВС представляют собой чистый водяной пар. Мечта эколога! Развитие транспорта на водородном топливе до поры сдерживали следующие факторы:
1. Летучесть и чрезмерная взрывоопасность газа при соединении с кислородом воздуха (как следствие, проблемы с хранением и заправкой).
2. Стоимость производства «зеленого» (чистого) водорода, пригодного для экологически оправданного использования.
3. Отсутствие инфраструктуры заправок.
Однако технологический прогресс — процесс перманентный, за последнее время произошли (и, я уверен, процесс продолжится) положительные сдвиги в решении этих проблем, обусловленные высоким потенциалом развития водородной энергетики как в общем поле, так и в приложении к водному и автомобильному транспорту.
Как дела в автопроме?
Не секрет, что автоиндустрия, динамично реагирующая на технологические инновации, нередко оказывается локомотивом решений, позднее появляющихся на моторных яхтах. Первые коммерчески привлекательные автомобили на водороде выпустили в Германии еще в прошлом веке. Связано это было с внедрением технологии так называемых водородных ячеек. Физика процесса водородной ячейки такова: при подаче в ячейку водорода происходит перенос заряда внутри ячейки, и она сразу же начинает выдавать электродвижущую силу (ЭДС), способную довольно резво крутить электродвигатель. Выделяемое попутно тепло можно использовать в системе обогрева. Плюсов здесь немало:
— время заправки автомобиля среднего класса составляет не более трех минут;
— энергоемкость заправки в три раза выше углеводородной (менее 8 кг Н2 достаточно для 500 км пробега);
— отсутствие зависимости от погодных условий (ЭДС не меняется в диапазоне от +50 до –50 °C).
И главное — большой ресурс водородной ячейки, у которой практически отсутствует деградация. Срок службы аккумулятора электромобиля при интенсивной эксплуатации, да еще при перепадах температур, вряд ли превысит пять лет, а стоимость батареи доходит до 50% от стоимости автомобиля. Я уже не говорю о весьма высоком факторе самовозгорания, необходимости замены батареи после ДТП и пр.
Да, у водорода есть минусы. Помимо уже отмеченного отсутствия развитой инфраструктуры водородных заправок, стоимость этого топлива примерно вдвое выше его углеводородного аналога. Однако продолжает развиваться и технология использования водородного топлива путем прямого сжигания в существующих ДВС без особых их переделок. При сжигании в ДВС водородное топливо имеет гораздо более высокую энергоотдачу на единицу веса, чем ископаемое топливо, а это большая мощность и эффективность. Водород закачивается в баллоны высокого давления, расположенные на месте топливных баков, и через редуктор подается в двигатель.
Схема простая и отработанная, энергоэффективность топлива высокая, экология не в накладе. Минусы все те же: стоимость, безопасность и скудная инфраструктура. (Хотя известно, что в Северной Италии строится первый водородный парк — ряд емкостей с водородом, предназначенных для заправки паромов.) Вот устранение этих недостатков и стало целью инженерных работ в последние пять лет, причем некоторые новые решения в плане использования Н2 на транспорте как раз связаны с прямым впрыском водорода. Как уже отмечалось в предыдущей статье об электродвижении, появился даже подвесной мотор Yamaha с очень привлекательными энергоэкономическими характеристиками, и, по моим данным, этим путем развития подвесных двигателей идет не только Yamaha.
Вектор перспективы
Вернемся к минусам водородных технологий. Самый большой — это стоимость производства водорода. Однако, согласно прогнозу Международного энергетического агентства (IEA), цена водорода к 2030 году упадет минимум на 30%, что сделает водородное топливо сопоставимым по цене с другими его видами. Но этот прогноз не берет в расчет новые технологии добычи Н2. Известно, что мировые запасы водорода, по сути, безграничны. Вопрос только в том, как ими надлежащим образом воспользоваться.
Хорошо известны следующие промышленные методы: паровой риформинг метана, газификация ископаемого угля, электролиз воды и термическое разложение.
Риформинг метана. Метод заключается в реакции метана с водяным паром при высоких температурах, в результате чего образуются водород и оксид углерода. Затем оксид может быть преобразован в дополнительное количество водорода или удален. Технология недешевая и неэкологичная.
Газификация угля. Каменный уголь, нагретый до высоких температур в присутствии пара и кислорода, превращается в синтез-газ, который затем может быть обработан для получения водорода. Технология сложная и поэтому дорогая; кроме того, Н2 выходит с примесями.
Термическое разложение. Метан или другие углеводороды могут быть разложены на водород и углерод при высоких температурах, часто без необходимости использования пара или кислорода. Процесс не очень чистый и энергозатратный.
Электролиз воды. Для разложения воды на водород и кислород используется электрический ток. Чисто, но дорого.
Есть и другие технологии, менее распространенные, однако активно развивающиеся, в частности добыча водорода из биомассы и фотолиз воды.
Первая предусматривает получение водорода из растений путем различных процессов, включая газификацию и ферментацию. А вот вторая, самая перспективная, использует для разложения воды на водород и кислород возобновляемый источник энергии — солнечный свет. «Зеленый» водород, полученный с использованием возобновляемых источников энергии, считается ключевым и наиболее выгодным направлением в развитии водородной энергетики. В качестве примера можно привести прорыв российских ученых и технологов, предложивших для производства водорода фотоэлектрохимическое разложение воды с помощью полупроводниковых фотоэлектродов, поглощающих солнечную энергию.
До сих пор фотоэлектрохимическое разложение воды применялось для очистки сточных вод от органических загрязнителей и получения ценных химических продуктов (метанола, формальдегида), а также материалов для анодов солнечных элементов и сенсоров. Изобретение нового фотоэлемента с использованием так называемых бамбукоподобных нанотрубок увеличило эффективность преобразования падающего на элемент фотона в электрон от 1,3 раза в видимом свете до трех раз при облучении ультрафиолетом. А это значит, что пропорционально будет увеличиваться и количество выделяющегося водорода.
Красноярские ученые среди первых показали, что использование фотонно-кристаллических наноструктур — это простой, экологичный и достаточно действенный способ повышения фотоэлектрохимической активности нанопленок титана при расщеплении воды. Электролиз может быть особенно экологически чистым, если электричество поступает от возобновляемых источников, таких как солнечная или ветровая энергия.
Также был найден способ повышения безопасности хранения и передачи водорода в ДВС путем введения в резервуары извлекаемых ингибиторов. То есть водород при хранении становится безопасным, а при подаче в двигатель ингибитор извлекается из массы газа, и Н2 сгорает так, как надо. Как решает вопросы безопасности Yamaha, доподлинно неизвестно: фирма охраняет секрет. Но мотор, как утверждается, принят к эксплуатации.
Водород на воде
Посмотрим, насколько активно и как применяют водородное топливо яхтенные верфи. Как выясняется, они не стоят в стороне от прогресса и все пристальнее присматриваются к водородной энергетике.
Breakthrough (Feadship, Нидерланды). Первая в мире суперъяхта с водородными ячейками, после успешных испытаний в Северном море в ноябре 2024 года переданная владельцу. У яхты два дизель-генератора MTU по 900 кВт и два по 2500 кВт, питающих электродвигатели — два ABB Azipod по 3200 кВт. При максимальной скорости 17 узлов запас хода на 14 узлах составляет 6500 миль. Энергоемкость водородных ячеек 16 185 кВт позволяет судну полноценно функционировать в режиме отеля в течение недели и двигаться малым ходом в заповедных акваториях. Водород хранится в криогенных танках с двойными стенками при температуре –253 °C. Впрочем, альтернативой водороду на борту Breakthrough является биодизель HVO — синтетическое топливо, полученное из растительных масел и животных жиров путем гидрогенизации.
Sunreef 80 Eco Hydrogen (Польша). Sunreef Yachts известна своими парусными и моторными композитными катамаранами. Еще в 2023 году верфь заявила о водородной модификации популярной модели парусника. На Sunreef Zero Cat в корпус, хардтоп и мачту встроены солнечные панели на 32 кВт, два электромотора по 120 кВт, а также водородные ячейки, выдающие мощность 75 кВт. Имеется и оригинальный батарейный накопитель энергии на 440 кВт·ч. Водород под давлением (350 бар) хранится в шести карбоновых танках. Данных о водородных топливных элементах нет. Известно лишь, что они могут питать электродвигатели, систему кондиционирования и др.
Sunreef 80 Eco Hydrogen. Длина 23,87 м, ширина 11,53 м, водоизмещение 32,8 т, мощность 240 кВт, каюты 5, парусность 200 кв. м, экипаж 4 чел., дизайн Sunreef Yachts
Польская верфь Sunreef — один из пионеров в области использования солнечных панелей на яхтах. Сегодня на верфи увлечены экспериментами с водородным топливом
Alice (Lürssen, Германия). Моторная суперъяхта-концепт — первый проект верфи с технологией топливных элементов, генерирующих электроэнергию на основе водорода, преобразованного из «зеленого» метанола. Это позволяет стоять на якоре без выбросов порядка 15 дней или пройти 1000 миль на малой скорости.
Alice. Длина 98,00 м, ширина 17,00 м, дизайн экстерьера Lürssen
Alice пока остается для верфи Lürssen проектом и первой разработкой, на которой предусмотрено использование именно водородного топлива
Hynova 40 (Франция) — супертендер, первая в мире лодка типа day boat от компании Hynova Yachts, оснащенная электродвигателем на водородном топливном элементе. С электромотором 80 кВт она может развивать 25 узлов и способна перевозить до 12 человек без шума и с нулевым уровнем вредных выбросов. Как сообщается, верфь готовит к выпуску новую линейку лодок длиной 48 футов.
Acionna — концепт 8-палубной суперъяхты длиной 175 м, предложенный студией Andy Waugh Yacht Design (Великобритания), с невероятными, как уверяют разработчики, возможностями. Какой бы пугающе большой и авангардной ни казалась Acionna, она предназначена для дальних круизов с нулевым воздействием на окружающую среду, поскольку ее водородная двигательная система заменяет электрические системы на батарейном питании.
Baglietto. Итальянская верфь для своих яхт с гибридной пропульсивной установкой с водородными топливными элементами и батареями разрабатывает экологичную водородную систему под названием BZero. BZero будет использовать экологичный водород, полученный из морской воды с помощью электролизеров. Прототип системы с 2026 года сначала испытают на сравнительно небольших яхтах.
Smart Bubble (Франция). Компания Seabubbles выпускает водные такси под слоганом «Мы хотим, чтобы вы летали, и мы хотим быть безвредными». Smart Bubble — лодка на 6–10 пассажиров для быстрых трансферов в перегруженных городских районах и прогулок. Она оборудована выдвижными подводными крыльями и новейшими электрическими или водородными технологиями. Силовая установка включает в себя водородные топливные элементы для увеличения дальности и сокращения времени подзарядки у причала. Скорость 16 узлов.
Bluegame BGH-HSV (Италия) — экспериментальная лодка на подводных крыльях от компании Bluegame, входящей в состав Sanlorenzo. Эта верфь в числе первых заговорила о потенциале водорода и метанола в качестве яхтенного топлива, и модель на подводных крыльях BGH-HSV стала для нее экспериментальной платформой. Лодка, по данным производителя, разгоняется до 50 узлов, что и было продемонстрировано в прошлом году в Барселоне на Кубке «Америки»: две Bluegame BGH-HSV с водородными топливными ячейками служили лодками сопровождения для команд American Magic и Orient Express Racing Team.
Как видим, многие верфи стремятся к более экологичному будущему в яхтенной отрасли, и в ближайшее время можно ожидать появление новых прототипов или уже серийных лодок на водородном топливе. Пока бытует мнение, что водородная двигательная установка имеет практический смысл для крупных судов с большим запасом хода, поскольку электрические системы с питанием от аккумуляторных батарей требуют регулярной подзарядки. Несмотря на это появление таких моделей, как Smart Bubble или BGH-HSV, говорит о гибкости и большом потенциале технологий внедрения водородного топлива.
Хотим мы того или нет, но мир (в том числе и его технологии) развивается по объективным законам, при участии человека, но человеком до конца не познанным. Можно, как писатели-фантасты, мечтать о далеком: так было когда‑то с полетами в космос и видеотелефонами. Но водородное топливо с его бесконечным ресурсом — это не мечта, а уже реальность. Следующая водородная итерация — управляемая термоядерная реакция. Время ждать не будет.
