Использование водородного топлива в России должно стать одним из шагов выполнения международных экологических обязательств. Наиболее реальные перспективы у этого энергоресурса открываются в сфере железнодорожного транспорта.
Перевод транспорта на экологичные виды топлива является одной из ключевых мер по достижению углеродной нейтральности, которой Россия, согласно взятым на себя обязательствам, должна достигнуть к 2060 году. Заменить нефть и газ в энергобалансе должен в том числе водород. Так, в целевом сценарии утвержденной в апреле Энергетической стратегии до 2050 года предполагается сокращать объемы потребления бензина и дизтоплива за счет роста доли электротранспорта, автомобилей на газомоторном топливе и в перспективе — на водородном топливе с 1% до 14%. Подобный переход ожидается и в других сегментах, в частности на железнодорожном транспорте.
Первый в России пассажирский поезд на водородных топливных элементах планируется изготовить уже к лету 2026 года, сообщил в октябре замгендиректора Трансмашхолдинга (ТМХ) по развитию пассажирского транспорта Александр Лошманов.
«Полностью “в железе” мы его ждем в 2026 году. И дальше он отправляется на сертификационные испытания. Ожидаем, что к лету 2027 года такой новый уникальный продукт со всеми сертификационными испытаниями будет у нас готов для эксплуатации»,— отметил он.
Пассажирский поезд на водороде, аналогов которому нет в странах с железнодорожной колеей 1520 мм, создается в рамках подписанного в 2019 году соглашения между Трансмашхолдингом, РЖД, «Росатом» и правительством Сахалинской области.
Силовое оборудование новых поездов будет работать на топливных элементах с протонообменной мембраной (PEMFC), задача которых — разделять топливо на водород и кислород. На положительно заряженном электроде (аноде) молекулы водорода расщепляются до положительно заряженных частиц — протонов, которые через мембрану должны поступить к отрицательно заряженному электроду — катоду. Там в результате реакции между протоном и кислородом образуется вода, а химическая энергия этого процесса преобразуется в электрическую.
Выпускать поезда на водороде предполагается в двух вариантах: с двумя головными вагонами и бустерной секцией и из трех вагонов (плюс промежуточный вагон).
Как сообщали в ТМХ, запас хода двухвагонного состава должен составить 725 км на водороде и 80 км на батареях—накопителях энергии, у трехвагонного — 487 км и 40 км соответственно.
Для того чтобы сделать поезд более тихим и комфортным, все силовое оборудование, водородные топливные элементы, система хранения и накопители энергии будут расположены в отдельном энерговагоне-бустере. Максимальная вместимость поезда составит от 551 до 875 человек в зависимости от состава.
Как отмечают в ТМХ, водородное топливо — наиболее оптимальный вариант 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, указал руководитель проекта компании «ТМХ-Пассажирский транспорт» Александр Сляднев. Но пока, отметил он, ключевой проблемой развития этой технологии является высокая стоимость производства водорода, его хранения и транспортировки.
Решением может стать создание на начальном этапе пилотного полигона с небольшим заправочным комплексом и достаточно скромной транспортной инфраструктурой, где будет эксплуатироваться считаное количество поездов. А по итогам апробации технологии могут быть приняты решения о масштабировании проекта на другие российские регионы с неэлектрифицированными железнодорожными линиями, указывают в ТМХ.
Ключевые преимущества использования водорода в транспорте — его экологичность, более высокая энергоемкость по сравнению с литиевыми аккумуляторами, а также отсутствие необходимости длительной зарядки (достаточно просто заправить баллоны топливных ячеек), объясняет старший аналитик Центра экономического прогнозирования Газпромбанка Александр Коробко. В то же время он отмечает, что рынок водородного топлива в России находится в зарождающейся стадии.
«В регулярной эксплуатации пока нет какого-либо транспорта, использующего водород. Существующие образцы — суда и автобус на водороде — пока находятся на стадии испытаний и являются прототипами»,— уточняет он.
Главное препятствие для развития водородной отрасли — сложная экономика. При небольших объемах производства водорода его использование в качестве топлива будет экономически нецелесообразно, поясняет Александр Коробко. Но, по его мнению, переход к массовому производству, стимулирование спроса, наличие соответствующего транспорта и развитие производственной и распределительной инфраструктуры могут повысить привлекательность сегмента. Производство водорода путем электролиза в настоящий момент в три-пять раз дороже синтеза из газа, однако в будущем при развитии технологий и массовом использовании электроэнергии с ветряных или приливных электростанций эта разница будет сокращаться, указывает он.
Потенциально, считает Александр Коробко, использование водорода реально во всех отраслях, однако наиболее вероятным может быть его применение на железнодорожном и водном транспорте, так как в этом случае нет необходимости в строительстве большой сети заправочных станций, что в настоящий момент является одним из основных препятствий для развития водородной энергетики.
«Проект водородного поезда важен с точки зрения возможности его эксплуатации с низкими платформами, которые используются на подавляющем большинстве станций России. При этом, вероятно, будет возможен выпуск поездов на этой платформе не только с водородным двигателем, но и с более традиционными вариантами силовой установки»,— подчеркивает эксперт.
Проект водородного поезда от ТМХ говорит об активном освоении водородных технологий и изучении перспектив, отмечает партнер практики «Операционная эффективность» компании Strategy Partners Денис Тверской. По его словам, с одной стороны, в России есть большой потенциал благодаря мощной ресурсной базе и растущему интересу со стороны стран-импортеров, таких как Китай, что создает предпосылки для развития водородной отрасли на экспорт. С другой стороны, у водорода есть множество ограничений в использовании.
В целом будущее водорода зависит от трех базовых факторов, говорит сооснователь и главный редактор отраслевого издания ROLLINGSTOCK Сергей Белов. Первый — технологический, второй — экономический, то есть цена водорода, а третий — это объемы господдержки, которые обеспечиваются в текущий период опытных изысканий. В целом общемировыми усилиями технологическая цепочка по водороду, включающая его выработку, транспортировку, заправки, системы тяги, а также всю нормативную базу, может прийти к коммерчески привлекательному состоянию к 2035–2040 годам, цены на водород пойдут вниз, и тогда он займет свою нишу. Именно в этот период может определиться и дальнейшая стратегия применения водородных составов на более загруженных участках железнодорожной сети.
В России пилотный проект водородной тяги реализуется с учетом мирового опыта и экономической целесообразности — на Сахалине в формате единого кластера, где рядом объединены и генерация, и транспортировка, и потребление, а также с учетом высокого потенциала сбыта самого водорода в страны АТР. Поезд от ТМХ также включает самый конкурентный опыт последних десятилетий. Силовая установка находится в отдельном вагоне-бустере, что позволяет закладывать вариативность исполнения системы тяги в поезде, указывает Сергей Белов. К тому же, говорит он, это первый в российской практике низкопольный поезд — такой подвижной состав востребован во многих странах, а его пилотная комплектация водородной тягой привлечет только больше внимания со стороны зарубежных заказчиков.