ЧИСТЫЙ НОСИТЕЛЬ
«Водород – один из уникальных видов топлива, после использования которого совсем не остаётся углеродного следа. Единственный побочный продукт – чистая вода. При этом удельная теплота его сгорания примерно в 2,5–3 раза выше, чем у бензина или дизеля. Это значит, что при одинаковой массе водород даст значительно больше энергии. Поэтому использование водорода на железнодорожном транспорте остаётся актуальным и нам нужно готовиться к появлению такого подвижного состава», – сообщил заместитель генерального директора АО «ВНИИЖТ» Роман Мурзин.
Создание лаборатории (по сути, кластера, соединяющего процессы производства и использования водородного топлива) стало ответом на технологический вызов времени.
Пока тяговый подвижной состав, питающийся от расположенных на борту топливных элементов (в ходе химической реакции они превращают водород в электроэнергию), не получил массового распространения по нескольким основным причинам: отсутствие нормативной базы, высокая стоимость самого водорода, нет необходимой инфраструктуры и опыта работы с таким оборудованием. Нет и квалифицированных кадров для производства и обслуживания водородных локомотивов и поездов.
Снятием части этих барьеров и занялись специалисты ВНИИЖТа. Железнодорожные учёные включились в выработку нормативной базы. С их участием уже созданы четыре предварительных национальных стандарта, которые в дальнейшем станут ГОСТами. Они формируют требования к безопасности хранения водорода и эксплуатации подвижного состава.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
Лаборатория уже сейчас может быть использована для практического обучения работе с данной технологией вовлекаемых в тему работников РЖД, предприятий-производителей и студентов профильных вузов. «Управление всем циклом полностью автоматизировано. Можно дать старт, нажав соответствующую кнопку на пульте-мониторе, или произвести запуск дистанционно, находясь на отдалении от вагона. Дальше процесс проходит автономно», – знакомит с функционированием кластера заместитель директора научного центра «Тяговый подвижной состав» (подразделение ВНИИЖТа) Константин Иванов.
Выработка водорода начинается с водоподготовки. Прежде всего воду нужно деионизировать – удалить содержащиеся в растворённых минеральных солях заряженные частицы (ионы кальция, магния, натрия, хлоридов, сульфатов). Пройдя через фильтр-деионизатор, вода из водопроводной сети обретает очень низкую электропроводность и становится пригодной для подачи в электролизёр. Там под электрохимическим воздействием происходит её разложение на кислород и водород.
На этом этапе особое внимание уделяется разделению этих химических элементов, образующих, как известно, в случае соединения гремучую (взрывоопасную) смесь. Кислород выбрасывается наружу, за пределы вагона, с помощью насоса. А водород поступает в систему. В зависимости от выбранного режима водород может подаваться в баллоны хранения, расположенные на крыше вагона, непосредственно на электрохимический генератор, наружу для питания других возможных потребителей.
Для превращения в электроэнергию, питающую двигательные установки подвижного состава, водород поступает в электрохимический генератор, состоящий из модулей топливных элементов, вспомогательного оборудования и системы управления. Полученная энергия накапливается в аккумуляторных элементах, откуда питает модель, имитирующую работу тягового преобразователя. «Задавая установку определённого режима работы на локомотиве, мы можем наблюдать процессы, которые происходят в его тяговом приводе при потреблении выработанной электролизёром энергии», – объясняет Константин Иванов.
БЕЗОПАСНЫЕ УСЛОВИЯ
В вагоне-лаборатории обеспечен высочайший уровень безопасности. Здесь и принудительная вентиляция, и автоматическая система пожаротушения, и отвод водорода, например в случае избыточного давления, и датчики с дефлекторами, расположенные в самой верхней точке и на оси вагона. Сама конструкция исключает появление возможных мест скопления водорода. Предусмотрен баллон с азотом для продувки системы. Этот комплекс – также прототип обеспечения гарантированной безопасности на водородном подвижном составе.
Натурное моделирование позволяет практически установить коэффициент полезного действия, мощность и скорость заряда/разряда аккумуляторов, точно рассчитать экономику применения подвижного состава на водородных топливных элементах. «Самая большая проблема сегодня – цена водорода. На текущий момент килограмм водорода стоит от 500 до 700 руб. Это делает его неконкурентоспособным по сравнению с дизелем», – подчёркивает Роман Мурзин.
Учёные ВНИИЖТа считают: если организовать производство водорода в местах расположения генераторов возобновляемой энергии или там, где электроэнергия присутствует в избыточном количестве, водородные локомотивы и поезда принесут не только экологическую и эксплуатационную, но и экономическую выгоду.
Александр Зубов
на фото: Константин Иванов контролирует работу электрохимического генератора
Испытание практикой
Разработкой водородного железнодорожного подвижного состава сегодня занимаются ведущие мировые производители, включая российский Трансмашхолдинг (ТМХ).
Первый российский поезд на водородном топливе ожидается на Сахалине в 2027 году. Об этом было заявлено на прошедшем в конце июля в Южно‑Сахалинске форуме «Острова устойчивого развития: климат и экология». Проект реализуется в рамках соглашения 2019 года между ОАО «РЖД», ТМХ, «Росатомом» и правительством Сахалинской области. После сертификации и испытаний подвижной состав выйдет на регулярные пассажирские маршруты и станет в один ряд с зарубежными разработками.
Напомним, первый свой водородный поезд Alstom Coradia iLint представила в 2016 году компания Alstom (Франция). Его максимальная скорость составляет 140 км/ч, запас хода – 1000 км, хотя в рамках показательного заезда в прошлом году поезду удалось преодолеть без дозаправки 1175 км. Сейчас гибридный рельсовый автобус Alstom Regiolis H2 с тягой от водородных топливных элементов и контактной сети проходит тестирование на испытательном кольце VUZ в Велиме. Предполагается, что он войдёт в эксплуатацию во Франции до конца года.
В числе последних примеров – водородный поезд FLIRT H2 компании Stadler (США). Он внесён в Книгу рекордов Гиннесса. Знаменательное событие произошло в марте 2024 года: инженеры Stadler управляли поездом посменно всю ночь и весь следующий день, за 46 часов безостановочного движения на одной заправке подвижной состав преодолел 2803 км. В сентябре 2025 года FLIRT H2 приступил к перевозкам пассажиров на линии длиной 14 км между Сан-Бернардино и Редлендсом.
В Китае строят водородный подвижной состав CRRC CINOVA H2. Заявленный пробег – 1200 км при скорости 160 км/ч и до 3000 км при скорости 80 км/ч. Более того, по словам замдиректора Департамента будущих технологий инженерно-исследовательского центра компании в Чанчуне Ван Цзяня, CRRC разрабатывает высокоскоростной водородный поезд, который будет двигаться со скоростью 250 км/ч. Ожидается, что его прототип будет готов в конце этого года.
Игнат Вьюгин
Читать следующий материал