Mercedes-Benz › Поливаем Европу водой из трубы хэтча Mercedes B-Class F-Cell

П ервые самобеглые коляски Даймлера-Майбаха и Бенца ездили по маршрутам, проложенным от аптеки до аптеки. Только там можно было купить бензин на заре автомобилизации. Прошло 125 лет, и... Казалось бы, в наше время проблема инфраструктуры давно решена. Но я еду на Мерседесе B-класса, следуя пути, заданному строго по точкам дозаправки. Хотя опорными пунктами являются не аптеки на разных улицах одного города, а грузовые дилерские центры Mercedes в соседних городах и даже странах.

Дело в том, что только в центрах обслуживания коммерческого транспорта достаточно места, чтобы по всем требованиям противопожарной безопасности развернуть походную водородную заправку для моей машины. Это ведь не просто B-класс, а электромобиль F-Cell, оснащённый электрохимическим генератором (ЭХГ). Генератор ещё называют блоком топливных элементов (fuel cells stack), и для их работы нужен водород. Внутри генератора водород соединяется с кислородом из нагнетаемого снаружи воздуха, получаются электричество и водяной пар. Так, с нулевыми выбросами мой B-класс должен обогнуть земной шар в рамках автопробега Mercedes-Benz F-Cell World Drive.

Пробегу F-Cell World Drive предстоит преодолеть 14 стран за 125 дней. Несмотря на то что часть пути автомобили преодолеют по воздуху и морю, им всё равно останется около 22 000 км самых разных дорог четырёх континентов.

Коэффициент полезного действия самой силовой установки с ЭХГ в водородном Мерседесе достигает 90%. Но существующие технологии выработки, хранения и транспортировки водорода, согласно одному из критических докладов Европейского форума по проблемам топливных элементов, низводит общий КПД водородомобиля до 22%. В то же время эффективность силовой установки с технологичным дизелем может достигать 25%, для некоторых гибридов — 33%, а для электрокаров (при условии, что электроэнергия для них вырабатывается ветряками) — 66%.

Приятно, что DRIVE.RU — первое российское издание, приглашённое присоединиться к пробегу. Три машины — три журналиста. Вместе с известными немецкими коллегами я занимаю место за рулём мелкосерийного прототипа, сопоставимого по цене с Майбахом. Сейчас на всём белом свете только 13 таких автомобилей, собранных вручную на опытном производстве в Зиндельфингене. Пронзительный жёлто-зелёный окрас и скромная аппликация на стёклах и кузове — вот и все признаки эксклюзива. Меня окружает салон обычного B-класса: стандартная мерседесовская эргономика, высокая посадка в тканевых креслах, свободная обзорность. О ценности экспериментального электрокара напоминают лишь блок настоящей спутниковой системы слежения с тревожной кнопкой на случай аварии да несколько мобильных телефонов. Конвой из трёх машин идёт в свободном режиме, но экипаж всегда должен быть на связи.

Интерьер ничем не выдаёт экспериментальный автомобиль. Все, что должно дуть, дует. Что должно греть — греет. Нажимается, горит, и так далее... Поскольку дорогущий прототип ни в коем случае не должен заблудиться, штатная навигационная система продублирована GPS-прибором Tripy II.

Простенький блок спутникового трекера позволяет в случае необходимости отправить тревожный сигнал в центр World Drive Control. Слава богу, не довелось.

Самое ценное в автомобиле — мой попутчик. Массимо Вентури, управляющий директор немецкой компании NuCellSys, принадлежащего Даймлеру производителя топливной аппаратуры для машин с ЭХГ. Вентури знает машину с изнанки и способен объяснить каждый звук, издаваемый водородным B-классом. Например, громкий щелчок, следующий за поворотом привычного ключа в стандартном замке зажигания — это замкнулся контакт высоковольтной сети на тяговой батарее. Да, тут есть батарея. Этот B-класс F-Cell может двигаться, не потребляя даже водорода. По сути это гибрид, где вместо ДВС трудится ЭХГ. В моём заформализованном мозгу случается спазм. Электромобиль, но при этом гибрид. А вот! Как товарищ Нетте, пароход и человек.

• Слегка изменилась приборная панель: вместо тахометра — двухрежимный индикатор работы силовой установки. Выше горизонта отображается уровень её отдачи, ниже — показывается интенсивность подпитки тяговой батареи. Уровень её заряда — на вольтметре в левом углу.
• В салоне сохранён «родной» рычаг «автомата», хотя в трансмиссии осталось только два планетарных ряда, отвечающих за движение вперёд и назад.

Если уровень заряда тяговой батареи высок, то движение начинается незамедлительно и почти в тишине. Слегка подвывает электромотор, едва прослушивается журчание планетарной передачи, играющей роль бесступенчатой трансмиссии. Но доминирует с самого старта шум зимних шин. Машина разгоняется примерно до 20 км/ч, прежде чем раздаётся ещё один контактный щелчок, означающий, что напряжение подано в систему ЭХГ. Сразу под капотом оживает компрессор, нагнетающий воздух в блок топливных элементов. С этого момента Mercedes становится более похож на обычный автомобиль, потому что под капотом что-то бухтит. Пусть это что-то не имеет никакого отношения к внутреннему сгоранию, от его звука всё равно становится теплее на душе. Однако снаружи машина гораздо тише бензинового аналога, не говоря уже о дизельном.

Подкапотное пространство плотно упаковано системой воздушного питания ЭХГ, системой жидкостного охлаждения всего и вся, компрессорами вакуумного усилителя тормозов и гидроусилителя, а также электронными компонентами силовой установки.

При полностью заряженной батарее Mercedes может пробежать несколько километров, не вспоминая о генераторе. Электромотор мощный — 100 кВт — не то что у большинства гибридов. Поэтому в городе удобно двигаться даже на одном аккумуляторе. Блок топливных элементов тем временем будет прогреваться: чтобы выйти на рабочую температуру 80 °С, ЭХГ может потребоваться до часа. Задействовать генератор можно и раньше, хоть с самого старта (например, если тяговая батарея разряжена). Но машине потребуется несколько секунд на пробуждение, мощность будет поначалу ограничена, увеличится расход топлива. Энергопотребление самой системы вырастет: напряжение необходимо, чтобы подогреть электролит топливных элементов. Прогретый генератор задействуется по требованию. Переход с батареи на ЭХГ в движении сопровождается включением компрессора и субъективно напоминает старт ДВС на обычных гибридах. Только без вибраций на органах управления. Когда ЭХГ вступает в работу, то питает и двигатель, и батарею, чтобы в случае необходимости прибегнуть к её помощи. Например, на старте со светофора, где маленький Mercedes легко переигрывает более мощную технику. Ведь электродвигатель развивает максимум момента (290 Н•м) с первого оборота ротора.

Но электромобилю нужен другой акселератор! Здесь по идее вообще неуместен этот термин. Ведь при грамотной работе правая педаль превращается в этакий динамический контроллер, управляющий не только ускорением, но и замедлением. Тормозной момент электродвигателя столь велик, что в дороге мы почти не пользуемся тормозами. Знай себе смотри на несколько машин вперёд и вовремя отпускай «газ». Все круговые развязки проходятся просто «под сброс» — машина очень интенсивно замедляется. Но стандартный мерседесовский узел с большим свободным ходом педали и плохой обратной связью на возврате совсем не годится для эффективной езды на электрокаре. Имея более чувствительный привод с более тугим возвращающим усилием, можно гораздо дольше ехать на одной только батарее. Главное — случайно не пережимать «газ» до подключения генератора.

На одной и той же скорости в зависимости от положения акселератора силовая установка может работать в разных режимах — расходовать заряд батареи или заряжать её, задействовать только ЭХГ или все источники энергии сразу. В режиме Boost, когда все стрелочки на диаграмме краснеют, электромотор кратковременно способен выдать 100 кВт (136 л.с.), в остальное время Mercedes довольствуется 70 киловаттами.

Мои комментарии относительно работы акселератора Вентури встречает с неожиданным воодушевлением. «Вот именно ради такого фидбека мы и затеяли пробег! Это же не банальные испытания на выносливость — наши прототипы уже пробежали 1,2 миллиона тестовых километров. Самое важное теперь — собирать отзывы потребителей». А большой босс Томас Вебер, член Совета директоров концерна Daimler, отвечающий за разработку автомобилей Mercedes, перевёл мою мысль в более интересное русло. Уже давно не секрет, что самый большой потенциал по снижению расхода топлива скрыт не в конструкции автомобиля, а в оптимизации действий человека за рулём. Задача инженеров — так организовать работу водителя, чтобы он, не меняя своих привычек, взаимодействовал с машиной по идеальному алгоритму. Сам того не зная. «Нет ничего вреднее, например, чем торможение, — говорит Вебер. — Но мы не можем отучить человека пользоваться левой педалью. Зато мы можем сконструировать такую систему контроля динамики, где педаль тормоза будет производить знакомый водителю эффект, при этом не имея никакого отношения к тормозным механизмам в их привычном понимании. Это будет просто эффективный инструмент рекуперации энергии».

В меню бортового компьютера появилась и «записная книжка рекордов», позволяющая оценить эффективность своего стиля управления с минутным интервалом. Как видно, при активном педалировании расход топлива может превышать 3 кг/100 км.

Если в городе электромобиль на топливных элементах так же динамичен и удобен, как машина с ДВС, то на шоссе всё уже не так радостно. С ростом оборотов (а указатель мощности силовой установки может послужить не очень точным тахометром) крутящий момент снижается, поэтому от Мерседеса трудно добиться внятного ускорения на автобанных скоростях. Даже перед обгоном с 80 км/ч стоит крепко подумать. Если утопить педаль в пол, то ход растёт очень медленно, а вот запас хода по бортовому компьютеру сокращается, напротив, очень живо. При экономичной езде мне удавалось радовать Массимо расходом 1,08 кг водорода на 100 км, что по какой-то хитрой мерседесовской методике пересчёта соответствует 3,7 л дизтоплива. Но после экспериментальных прострелов по шоссе средний расход вырос до 1,18 кг, что, если судить по перепаду настроения Вентури, должно равняться примерно 20 литрам на сотню. Врочем, итальянец скорее переживает из-за надёжности техники: негоже выжимать все соки из машины, которая находится в кругосветке.

На петляющей сельской дороге высокий тормозной момент электромотора становится очень действенным инструментом для динамического изменения развесовки. Чуть отпустил «газ», и интенсивная загрузка управляемых колёс делает B-класс необычно восприимчивым к управляющим импульсам.

Обычный B-класс здорово управляется для семейного однообъёмника, а вот электромобиль вести неприятно. Дело в том, что конвой подобрал меня уже во Франции: тут теплее, чем в Штутгарте, откуда стартовал пробег. За бортом — плюс пятнадцать, а машина в зимней обуви, которую обязывает носить немецкое законодательство. Но мы уже давно движемся на юго-запад и всё время идём по шоссе: 100–120 км/ч. Мягкие шины Dunlop SP Winter Sport 3D плывут: даже на прямой приходится постоянно подруливать. А при порывистом боковом ветре, который царствует на франко-испанской границе, становится особенно сложно точно корректировать курсовые отклонения. Вот и Вентури согласен: надо переобуваться. Дело не только в надёжности поведения. Неправильные шины увеличивают расход топлива на пару процентов. А когда автомобилю нужно пройти десятки тысяч километров, даже два сэкономленных процента оборачиваются серьёзным выигрышем.

Слева: Массимо Вентури, управляющий директор компании NuCellSys. Компания, принадлежащая концерну Daimler, располагается в Наберне, что в 40 км от Зиндельфингена. Справа: Арвед Ниестрой, руководитель программы развития автопарка на топливных элементах концерна Daimler AG.

Мы стартовали из Лиона и к первой точке дозаправки, находящейся в 270 км, прибыли раньше всех. К нашему приезду ещё не успели собрать передвижную заправочную станцию. На её развёртывание нужно минут 20, но конвой ещё в пути. Отдельно подвозят баллоны с водородом, предоставленные партнёром Мерседеса, топливной компанией Linde. Подгоняют Sprinter с генераторным блоком. И ещё один Sprinter, на шасси которого смонтирована мобильная насосная станция, — ключевой элемент. Компрессор развивает давление в 700 атмосфер и заставляет забавно подпрыгивать фургон... У нас ещё достаточно водорода, чтобы в ожидании обоза покататься по маленькому городку Ним. Когда в баках остаётся всего 770 граммов топлива, Вентури командует: «На базу». Заправка трёх килограммов водорода в углепластиковые баки B-класса занимает около трёх минут.

За три минуты через специальный заправочный пистолет с инфракрасным портом (для обмена данными между машиной и насосной станцией) перекачивается около четырёх килограммов водорода. Однако автомобиль предварительно необходимо заземлить.

Если бы мы платили за топливо, то полный бак сжатого водорода обошёлся бы нам примерно в 30 евро. Трип-компьютер при этом сулит запас хода в 365 км — выходит по восемь центов за километр. Вот мы проезжаем обычную заправку: литр «девяносто пятого» бензина стоит 1,49 евро. То есть если бы нам предстояло преодолеть тот же маршрут, например, на хэтчбеке Lexus CT 200h, то километр пути стоил бы дешевле: около шести центов. Но природе он стоил бы дороже — 87 граммов CO₂. А из выхлопной трубы водородного Мерседеса идёт только водяной пар. Кстати, современная конструкция топливных элементов позволила решить проблему замерзания воды в ячейках при температуре до −25 °С. То есть в холода, когда тот же гибридный Lexus перестаёт быть гибридным и работает только на ДВС, такие электромобили, как B-Class F-Cell, могут эксплуатироваться, оставаясь экологически чистыми.

На самом деле в конвое пять хэтчей B-класса. Две запасные машины путешествуют на трейлерах и время от времени дублируют основной состав на фото- и видеосъёмке.

Выходит, что в отличие от модных гибридов и электромобилей, питающихся от розетки, автомобили с ЭХГ способны выжить, например, в средней полосе России. Зная страсть нашей богатой публики к всевозможным гаджетам, я думаю, у нас нашлись бы покупатели на такую технику — даже по заоблачным ценам. Ведь это реально круто для нефтяного магната — тихо ездить на водороде, получая воду. Вентури говорит, что новое поколение ЭХГ, которое уже встаёт на конвейер его маленькой компании, будет вдвое компактнее и при этом мощнее. Несколько блоков топливных элементов можно соединять, получая силовую установку для крупных и тяжёлых машин. Неужели никто не захочет водородный Maybach по цене двух обычных Майбахов?

Ареал обитания водородомобилей в силу их дороговизны был бы ограничен у нас парой подмосковных направлений: скажем, Рублёвским и Новорижским шоссе. Зато нет необходимости в разветвлённой инфраструктуре: две-три мобильные заправки на въезде в столицу полностью отвечали бы нуждам всего региона. Чем не готовая бизнес-модель? Тот, кто решит продавать в России водородомобили, сам организует заправочные терминалы. Если что, обращайтесь — я подскажу, где искать подержанную компрессорную станцию Linde. А потом можно и городской бюджет под шумок подтянуть: перспективные разработки для городского транспорта, и всё такое. Ну, вы знаете, как это делается. Когда нужен водород, а платить за него неохота...

Мобильная насосная станция, созданная совместно со специалистами фирмы Linde, — сердце всей операции. Здесь применяется так называемый ионный компрессор, где роль традиционного поршня играет специальная ионизированная жидкость, содержащая молекулы соли. Поскольку эта жидкость не испаряется, она не вступает в реакцию с водородом, который даже под высоким давлением остаётся чистым, а насос не нуждается в дополнительных подвижных частях, уплотнителях и теплообменниках.

О планах производства электромобилей с ЭХГ лучше всех осведомлён Арвед Ниестрой, физик-ядерщик по образованию, руководитель всей водородной программы F-Cell концерна Daimler. Но сейчас, по словам Ниестроя, ещё рано говорить о представительских седанах на топливных элементах. Пока у компании есть идеальный легковой агрегатоноситель, Mercedes B-класса с его суперудобным двойным полом. Туда легко прячется всё водородное хозяйство. К концу года в общей сложности будет построено две сотни прототипов B-Class F-Cell, соответствующих всем требованиям безопасности. Эти машины отправятся на опытную эксплуатацию к частным лицам и в корпоративные парки США и Западной Европы, где есть заправочная инфраструктура.

Ветер может заставить двигаться Mercedes B-класса, но только опосредованно, при помощи электричества и воды. И пока очень задорого! Задача Мерседеса — довести цену водородомобиля до уровня дизель-гибридного одноклассника. Но для этого нужен 100-тысячный тираж. Кстати, содержание платины в топливных элементах уже снизилось в 20 раз по сравнению с ранними образцами, теперь дело за удешевлением протонопроводящих мембран. Сегодня Даймлеру принадлежит 50,1% канадской фирмы AFCC, выпускающей ЭХГ. Между тем Daimler инвестирует и в батареи: сегодня у немецкого концерна есть своя доля в компании, поставляющей сырьё, и 90% фирмы Deutsche Accumotive, занимающейся разработкой и выпуском тяговых аккумуляторов.

И Вентури, и Ниестрою нравится называть электрохимический генератор конвертором. Почему? Возьмём оптимальную схему, о которой мечтают европейские энергетики. Абсолютно «зелёное» электричество, полученное ветряком, используется для получения водорода из воды путём электролиза. То есть водород становится своего рода транспортабельным контейнером для энергии, потраченной на его производство. Потом он закачивается в топливный бак такого вот B-класса. И в топливных элементах химическая энергия водорода снова преобразуется в электрическую. Ну а далее электродвигатель, превращая электрическую энергию в механическую, замыкает конверсионную цепочку. Получается, как в случае с автомобилем, оснащённым парусом: «ветер дует — машина едет», только тире скрывает сложнейшую логистику и пока, увы, большие потери КПД.

Мы выяснили, как Mercedes будущего будет двигаться. А каким вообще он будет? Если верить немцам, то революции в автомобилестроении не предвидится до тех пор, пока внутри машины находится человек. Внешний вид автомобиля сегодня определяется тем, как он сталкивается с другим автомобилем. Оптимальной позой человека для восприятия равнонаправленных ударных нагрузок является положение сидя. Его нельзя ни положить, ни поставить. Следовательно, в будущем нас ждут различные вариации на тему привычной компоновки.

В принципе наш мир — сплошной круговорот водорода. Водородоворот. Это самый распространённый элемент во Вселенной, и его можно использовать бесконечное количество раз, выделяя из различных соединений, а затем окислять, добывая электричество. Но, во-первых, сегодня большая часть водорода получается при переработке природного газа или другого ископаемого топлива (недорогое, более эффективное на круг, но, увы, неэкологичное производство). А во-вторых, зачастую даже тот водород, что уже есть у нас, остаётся невостребован из-за отсутствия потребительской сети. Химическая промышленность и научные центры производят водород в качестве побочного продукта. Немцы считают, что «мусорного» водорода по всему миру хватило бы на год автопарку из 750 тысяч машин на топливных элементах — лишь бы наладить сбыт. Но реальные объёмы потребления пока ничтожны. Тем не менее считается, что к 2050 году водород будет обеспечивать 23–40% энергопотребления на транспорте.

Развитие инфраструктуры требует тесного взаимодействия между разными отраслями промышленности. Автопроизводители организуют консорциумы с нефте- и химическими гигантами, фирмами, специализирующимися на разработках специального оборудования, и компаниями-операторами общественного транспорта. В Германии уже действуют сообщество Clean Energy Partnership (CEP), объединяющее BMW, Daimler, Ford, Тойоту и Volkswagen, а также энергетические компании Linde, Shell, Statoil и Vattenfall. Их совместная работа привела к сооружению первой водородной заправочной станции нового поколения в Берлине. Водород получают прямо на территории заправочного комплекса путём электролиза, а электричество для этого вырабатывают сорок ветряков, установленных поблизости. Это краеугольный камень целой региональной сети. Уже в этом году должны открыться ещё три водородные заправки в Берлине и всего девять по Германии.

Электромобиль F-Cell примерно на 200 кг тяжелее базового B-класса. Подвеску, конечно, поджали, чтобы компенсировать прирост массы. Но кузов нет-нет и вздохнёт на длинной волне. Да и мелкие неровности Mercedes повторяет слишком подробно — особенно это чувствуется в городе. Впрочем, это всего лишь прототип. Кстати, несмотря на яркую раскраску, наши Мерседесы не привлекали особого внимания ни на дороге, ни на заправках. Немцы слишком умело замаскировали пришельцев из будущего под рядовых граждан Евросоюза...

Девять европейских, американских, корейских и японских автокомпаний ещё в сентябре 2009 года подписали программный документ, который предполагает начало коммерческой эксплуатации транспортных средств на топливных элементах в 2015 году. К этому времени должны быть выработаны основные стандарты и требования к инфраструктуре. Если до сих пор основной задачей проекта CEP было обеспечение фундаментальных инвестиций в инфраструктуру, то начиная с 2011 года партнёры сосредоточились на деталях: на снижении стоимости производства и поставки водорода конечным потребителям, а также на удешевлении выпуска самих водородомобилей.

Тем не менее кто-то на данном этапе предпочитает вкладываться в развитие гибридных технологий, поскольку это горячая тема сегодняшнего дня. Быстрая прибыль, скорейший возврат инвестиций. В своё время Daimler участвовал в консорциуме с General Motors и BMW по разработке гибридных силовых установок. Результатом этого сотрудничества стала система, используемая, в частности, на гибридном Мерседесе S-класса. Этот этап мерседесовцы называют завершённым. Теперь всё внимание — программе F-Cell. Концерну нужно комплексное решение, применимое для всех подразделений: ведь Mercedes — это ещё и коммерческий транспорт, грузовики и автобусы. Тут одними гибридными технологиями не обойдёшься. А топливные элементы уже достаточно эффективны, чтобы заменить ДВС на экспериментальных развозных фургончиках Sprinter или на городских автобусах Citaro.

Особенность такой высокоэффективной системы, как автомобиль на топливных элементах, — повышенная чувствительность к неблагоприятным факторам. За рулём «зелёного» B-класса как-то совершенно по-новому воспринимается сопротивление набегающего воздушного потока. Ты чувствуешь (и видишь по расходометру), насколько легко машине идти за кем-то в затылок, в аэродинамическом мешке, и как тяжело даются обгоны. За 690 км пробега я полюбил грузовики, за которыми удобно набирать скорость для обгона, и стал ненавидеть другие легковушки, вынуждавшие меня терять драгоценный ход в самый неподходящий момент.

Конечно, электрокар, электробас или электротрак, питающийся от розетки, всё равно эффективнее. Там КПД силовой установки — свыше 90%. Но идеальная тяговая батарея должна быть одновременно долговечной, достаточно ёмкой (для обеспечения электромобилю запаса хода, как у машины с ДВС), безопасной в случае аварии, дешёвой и лёгкой. Ниестрой по одному пальцу собирает кулак, а затем разжимает пальцы, кроме большого и указательного, — получается ноль. Среди применяемых сегодня в автоиндустрии аккумуляторов нет ни одного, в котором была бы выдержана оптимальная пропорция всех пяти фундаментальных качеств. Существующие конструкции компромиссны. Либо слишком дороги, либо тяжелы, либо маломощны, либо ненадёжны. «Вы знаете, например, что, несмотря на широкое применение литиево-ионных аккумуляторов в электронике, они до сих пор считаются опасными, а их массовая транспортировка остаётся крайне рискованным делом?» А есть ещё шестая характеристика супераккумулятора — малое время зарядки...

По словам Ниестроя, современный уровень науки как таковой не позволяет рассчитывать на появление идеальной батареи как минимум в течение ближайших 15 лет. Почему-то словам физика-ядерщика я верю больше, чем японским автомобильным инженерам, уверяющим, что идеальный литиево-ионный аккумулятор появится через два-три года. Значит, в индустрии есть место ЭХГ, хотя бы в качестве временного решения, пока не поспеют супербатареи. Но если учесть, что материалы для изготовления аккумуляторов будут только дорожать, а топливные элементы дешевеют, трудно не вспомнить поговорку о том, что нет ничего более постоянного, чем временное.

Паспортные данные

Техника

Электрохимический генератор (ЭХГ)

Получение водорода

История

Кстати