СЖВ — сжатое водородное топливо¶

Сжатое водородное топливо (СЖВ) — это водород, сжатый под высоким давлением (обычно 35 или 70 МПа) для хранения и транспортировки в газообразном состоянии. Термин является калькой с английского обозначения CGV (Compressed Gaseous Hydrogen, в русской технической литературе также встречается аббревиатура СГВ). СЖВ применяется в качестве топлива для автомобилей с топливными элементами, в промышленности, энергетике и космической отрасли. Альтернативой СЖВ служит ЖЖВ — сжиженное криогенное водородное топливо, хранящееся при температуре −253 °C.

¶Основные характеристики

Водород при нормальных условиях — газ с низкой плотностью, поэтому для хранения значительных масс необходимо его сжатие. Основные параметры СЖВ:

Плотность энергии СЖВ примерно в 3–4 раза ниже, чем у жидкого водорода (ЖЖВ), и почти на порядок ниже, чем у бензина. Это определяет главный недостаток технологии: для обеспечения сопоставимого запаса хода необходимо хранить водород под давлением в баллонах значительного объёма и массы.

¶Конструкция баллонов

Баллоны для СЖВ изготавливают из нескольких типов материалов:

• Металлические (сталь, алюминиевые сплавы) — первое поколение, тяжёлые, применяются преимущественно на стационарных объектах.
• Металло-композитные (стальной или алюминиевый баллон, обмотанный стекловолокном) — второе поколение, масса снижена на 30–50 %.
• Полимерно-композитные (полимерная оболочка, армированная углеволокном или стекловолокном) — третье поколение, наиболее распространены в транспорте. Баллоны типа IV имеют полимерное основание без металлической вставки.

Баллоны для 70 МПа изготавливаются в соответствии со стандартами ISO 11439, SAE J2579 и ГОСТ Р. Срок службы, как правило, составляет 15–20 лет или 1000–5000 циклов заправки.

¶Применение

¶Автомобильный транспорт

СЖВ применяется в автомобилях с топливными элементами (водородными электростанциями, преобразующими энергию реакции водорода с кислородом в электричество). К серии-производству таких автомобилей были отнесены:

• Toyota Mirai (первое поколение — 2014, второе — 2020) — бак 5 кг водорода при 70 МПа, запас хода до 650 км.
• Hyundai Nexo (с 2018) — бак 6,33 кг, запас хода до 610 км.
• Honda Clarity Fuel Cell (2016–2021).

В России разработкой автомобилей на СЖВ занимался НАМИ: в 2021 году на базе кроссовера Hyundai Tucson был создан прототип «Х5 H-Drive» (совместно с «Группой ГАЗ»), оснащённый топливными элементами и баллонами на 70 МПа.

¶Автобусы и грузовой транспорт

Водородные автобусы на СЖВ эксплуатируются в Китае, Европе и России. В 2021–2022 годах в Московской области и Санкт-Петербурге проходили испытания автобусов на водородном топливе производства «КамАЗ» и «Ростсельмаш» (при участии компании «Русгидро» и «Росатома»).

¶Космическая отрасль

Сжатый водород использовался в качестве компонента ракетного топлива в ряде ранних советских и американских ракет, однако постепенно вытеснен криогенным жидким водородом (ЖЖВ), обеспечивающим более высокую плотность энергии.

¶Стационарная энергетика и промышленность

СЖВ применяется в электролизёрах, топливных элементах резервного питания, а также в химической промышленности (синтез аммиака, метанола, гидрирование).

¶Инфраструктура заправки

Заправочные станции для СЖВ подразделяются на станции полного цикла (с собственным электролизёром и компрессором) и станции, принимающие водород извне (по трубопроводу, в прицепах-цистернах). Основные производители оборудования — Linde, Air Liquide, Nel Hydrogen, McPhy. В России первые заправочные станции на СЖВ были построены в рамках пилотных проектов в Москве (2021) и на объектах «Росатома».

¶Перспективы и проблемы

Основные проблемы СЖВ — стоимость композитных баллонов, необходимость строительства сети заправочных станций и энергоёмкость производства «зелёного» водорода электролизом. По оценкам отраслевых аналитиков, к 2030 году стоимость водородных баллонов снизится на 30–50 % за счёт массового производства углеволокна.

В Российской Федерации развитие водородной энергетики закреплено в «Энергетической стратегии РФ до 2035 года» и в концепции развития водородной энергетики, принятой правительством в 2020 году. Приоритетом определены экспортные направления (поставки водорода в Европу и Азию) и внутреннее применение на транспорте и в промышленности.

¶Источники

• ГОСТ Р и ISO 11439 — стандарты на газовые баллоны высокого давления
• Постановление Правительства РФ от 2020 г. «О Концепции развития водородной энергетики в Российской Федерации»
• Техническая документация Toyota Mirai, Hyundai Nexo
• Материалы НАМИ и «Русгидро» о пилотных проектах водородного транспорта