Водород и литий – идеальное топливо для танка будущего
Вера в водород
Армии потребляют чрезвычайно много ископаемого горючего. Даже в мирное время на военную технику приходится до 5,5 процента выбросов углекислого газа в атмосферу. В подавляющем большинстве армий мира ни о каких экологических нормах двигателей внутреннего сгорания не слышали. Причины всего две. Первая – качество солярки и бензина нередко оставляет желать лучшего, а современные системы снижения токсичности очень чувствительны к чистоте топлива. Вторая причина – это громоздкие и сложные системы улавливания сажи и каталитической нейтрализации, которые боевой эффективности не прибавляют, а скорее – наоборот.
Всем, кто считает, что чуть больше пяти процентов мировых выбросов парниковых газов от военной техники — это мало, достаточно указать на гражданскую авиацию, на долю которой приходится всего 2 процента CO2. Переход военной техники на водородную тягу поможет значительно снизить милитаристскую нагрузку на окружающую среду. Прежде всего, это требуется от американской армии, которая ежегодно поставляет в атмосферу более трех четвертей от всех военных выбросов парниковых газов. Среднестатистический янки в погонах становится всё прожорливее. Во время Второй мировой войны на удельный расход топлива на одного солдата составлял меньше четырех литров в сутки. Немного, но к 2003 году во время вторжения в Ирак этот показатель вырос в 21 раз, до 84 литров ежедневно. Армия потребляет слишком много ископаемого горючего, и, похоже, настало время с этим разобраться.
Топливные элементы уже сейчас очень компактны
Использование водорода в качестве топлива – это уже давно не инновация. Строго говоря, двигатели внутреннего сгорания, работающие на водороде, появились задолго до изобретения Готтлибом Даймлером четырехтактного бензинового мотора. Так называемый «двигатель де Риваза» был запатентован в 1807 году и считается первым образцом ДВС в истории. Работал хитрый механизм на смеси водорода и кислорода, который достать в те времена было гораздо проще, чем бензин. Поэтому водородные двигатели – это настоящее возвращение к истокам, хотя и на совершенно ином техническом уровне.
Водород в качестве топлива на современных транспортных средствах можно использовать в двух вариантах. Самым примитивным будет адаптация привычного двигателя с шатунно-поршневой группой для работы на смеси водорода и кислорода. Смысл такого фокуса только в снижении выбросов парниковых газов в атмосферу – из выхлопной трубы наружу выходит водяной пар.
Основные надежды в водородной энергетике связывают с топливными элементами, в которых проходит синтез парообразной воды из кислорода и водорода. Если совсем упростить, то в основе конструкции лежит пара электродов (водородный и кислородный), разделенных между собой мембраной. На один электрод подается водород из топливного бака, а на второй – кислород из забортного воздуха. В ходе реакции образования молекулы воды высвобождаются электроны, которые притягиваются к положительно заряженному электроду (аноду) и превращаются в электрический ток.
В этой схеме всё хорошо: нет движущихся частей, отсутствует эмиссия тепла, высока надежность и КПД, а силовая установка, при всех прочих равных, гораздо компактнее бензиновой и дизельной. Только вот килограмм водорода до сих пор стоит порядка 10 долларов, что делает его очень экзотическим видом топлива. На Западе стремятся снизить к 2030 году себестоимость до одного доллара, но веры в это всё меньше. Не зря Илон Маск назвал водород «самым глупым вариантом для хранения энергии, который я только мог себе представить».
С бомбой на борту
Если с использованием водорода в гражданской сфере всё более или менее понятно – ждать в массовой серии еще очень долго, то в военной технике ситуация неоднозначная. Одной из последних новостей стала информация о совместной разработке Kia, Hyundai и Doosan целой серии водородных двигателей для бронетехники. В классе легких транспортеров выступает четырехосный NGWAV (Next-generation Wheeled Armoured Vehicle или БТР нового поколения), а в тяжелой категории – танк NGMBT (Next-generation Main Battle Tank или основной боевой танк нового поколения). Машины далеки от серийного воплощения, но уже представляют серьезный интерес.
Именно в военной технике водородное топливо обнаружило весомые бонусы. Во-первых, это заметное снижение шумности боевой техники. Нельзя сказать, что этот демаскирующий признак является ключевым на поле боя, но избавиться от него никогда не помешает. Во-вторых, топливные элементы практически не выделяют тепла, а значит, незаметны для тепловизоров. Конечно, полностью избавить танки или БТР от теплового излучения невозможно – всегда будут демаскировать нагретые в движении шины и гусеницы.
Топливный элемент вместе с водородным баллоном занимает сравнительно немного места внутри боевой машины, высвобождая объем для экипажа, десанта и вооружения. В трансмиссии минимум движущихся частей. Ток от топливных элементов поступает на электромоторы ведущих колес. В схеме еще могут присутствовать литий-ионные аккумуляторы, призванные накапливать электроэнергию и отдавать в случае пиковых нагрузок. Всё вышесказанное отразилось на компоновке корейского перспективного танка на водородной тяге – у макета непривычно короткая корма.
В продолжении темы Hyundai работает над адаптацией своего гражданского водородного заправщика «H-Moving Station» под военные нужды. Роботизированное изделие еще не появилось даже в формате концептов, а его уже красят в хаки. Раздутые оборонные бюджеты армий мира позволяют безболезненно пережить высокую стоимость водородного топлива. Мало того, есть подозрение, что концерны намеренно продвигают водородную тему в военной сфере, дабы получить миллиардные вливания от государства. На эти деньги построят инфраструктуру для выработки водорода (желательно «зеленого» из возобновляемых источников энергии, а не «серого» из природного газа), что снизит себестоимость килограмма топлива. В итоге откроются перспективы для гражданского автомобилестроения, что докажет заблуждение Илона Маска. Ошибался он со своими прогнозами не раз и не два.
Южнокорейский NGWAV (Next-generation Wheeled Armoured Vehicle или БТР нового поколения). Обратите внимание на предусмотрительно размещенные вдоль бортов баки с водородом. Чтобы точно не промахнуться.
А теперь о грустном для корейцев. Топливный элемент на танке — это хорошо, но вот несколько килограмм сжиженного водорода — плохо. Боевая машина и без этого хорошо упакована взрывчатыми веществами, чтобы подвергаться риску от взрыва гремучего газа — смеси водорода и кислорода. Сейчас научились делать особо прочные композитные баки для водорода, которые успешно проходят самые строгие автомобильные краш-тесты. Но что будет, если через слой композита пройдет кумулятивная струя? Катастрофа дирижабля «Гинденбург» 1937 года — очень хорошее напоминание конструкторам боевой техники на водороде.
Вариантом выхода могут быть металлогидридные аккумуляторы водорода. В них нет свободного и взрывоопасного водорода, а также отсутствует огромное внутреннее давление. Только вот плотность энергии в них даже ниже, чем у бензина и солярки. То есть такие устройства, при всех прочих равных, займут больше места, чем штатные топливные баки. Сомнительное техническое решение. Неизбежный для водородной силовой установки литий-ионный аккумулятор также ничего хорошего экипажу боевой машины не несет. Любое повреждение, даже не боевое, вызовет пожар, который водой не потушить. Для этого не подходят ни углекислотные, ни порошковые огнетушители, ни даже обычный песок. Только специальные устройства, распыляющие графит, нитрид бора или карборунд.
Водородный дрон от Hogreen Air. Здесь, пожалуй, водородная силовая установка приемлема — дальность полета такой «Бабы-Яги» увеличивается многократно.
После этого такие неудобства, как невозможность обогревать экипаж и десант от системы охлаждения водородной установки, кажутся незначительными. В холодное время года на отопление придется забирать немалую часть генерируемой на борту электроэнергии, заметно снижая эффективность топливных элементов.
Литий и водород если и станут топливом будущего для танков и прочей бронетехники, то только в армиях, не имеющих опыта ведения боевых действий. Например, в Южной Корее. Водородные баки в танке – это модный бизнес-проект, который получит свое воплощение только в случае создания очень эффективной защиты. А этого пока не предвидится, скорее – наоборот.
Информация