«Точку невозврата мы пройдем в ближайшие три года»
Электроавтомобили сформируют будущее мобильности. Российские технологические компании имеют шанс встроиться в глобальный тренд за счет компетенций в области электромоторов, а также топливных элементов на водороде
Российские высокотехнологические компании ищут пути, как не прозевать мировую революцию электромобилей, очертания которой уже видны во многих странах, и стать ее участником. Об этом в интервью «Эксперту» рассказал Антон Поппель, директор компании «Электротранспортные технологии». Эта компания была создана в 2015 году сотрудниками и выпускниками ряда российских высокотехнологических вузов, в сферу ее компетенций входят разработка альтернативных электромоторов, беспилотных систем, решения в области водородных топливных элементов. В частности, в 2016 году компания разрабатывала проект беспилотного электробуса «Матрешка», в 2017-м представила принципиально новый тип электромотора без постоянных магнитов. В текущем году «Электротранспортные технологии» перенесли свою штабквартиру в Финляндию, расширяя сотрудничество с европейскими компаниями — патнерами из ритейла, логистической и электротехнической отраслей.
— В последнее время жаркие дискуссии разгораются вокруг вопроса, насколько действительно экологичен электрический транспорт. Критики говорят о необходимости вырабатывать для него дополнительную энергию из неэкологичных источников. Сторонники указывают, что электротранспорт как минимум будет сохранять миллионы жизней за счет отсутствия вредных выбросов в атмосферу в местах скопления людей в мегаполисах. Есть ли все же однозначный ответ: вредны электромобили для окружающей среды или нет?
— На многие вопросы в этом мире нет однозначных ответов. Тема экологичности электромобилей очень многоплановая, но здесь можно сказать, что электромобиль, скорее, более безвреден для природы, чем традиционные машины с двигателями внутреннего сгорания. И связано это с их энергоэффективностью — сам по себе электромобиль, если мы пока не говорим об источнике тока или о том, что является его генератором, принципиально более энергоэффективен. Сейчас вся идеология защиты окружающей среды строится не на том, что ты напрямую где-то засоряешь природу. Мировое сообщество говорит о другом критерии — насколько максимально эффективно ты используешь энергию, повторно что-то перерабатываешь, нанося таким образом минимальный вред окружающей среде. И в разрезе этой философии электромобиль за счет технологического цикла использования энергии, перехода энергии из химического состояния в физическое движение действительно намного проще и эффективнее. Почему? Потому что эффективность электрического двигателя, пускай даже самого примитивного, асинхронного типа, — это порядка 70–80 процентов. А у ДВС, как бы мы ни старались, как бы ни использовали самые современные инженерные решения типа режима Аткинсона, эффективность не превышает 45–50 процентов. Насколько менее эффективен ДВС, видно просто по выделению тепла: бензиновый двигатель в процессе эксплуатации более горячий, чем электрический. Электромотор же в нормальных условиях можно не охлаждать, настолько меньше он нагревается. При этом электрическая машина сама по себе — колеса, двигатель и пассажирская или грузовая часть — имеет намного меньше деталей. Опять же, чем меньше деталей, тем меньше энергии расходуется в производственной цепочке. Таким образом, в технологическом цикле производства электрического автомобиля тратится меньше энергии, а значит, наносится меньший вред природе.
— А как быть с генерацией дополнительной энергии, которая необходима для зарядки растущего парка электрокаров?
— Начнем с того, что не все электромобили требуют генерации дополнительной энергии, есть такие, которые вырабатывают ее сами из водорода. Но если мы говорим об электромобилях на аккумуляторах, для которых требуется зарядка от внешнего источника, то сейчас в Европе и в других странах крепнет тренд на генерацию энергии с помощью возобновляемых источников. В частности, в ряде стран бурно развивается солнечная, ветровая энергетика, и накопители электромобилей позволяют накапливать именно такую, «зеленую» энергию — green energy. Сейчас мы видим, как формируется рынок энергии для электромобилей, и это абсолютно новый рынок: если раньше пользователей электромобилей были десятки, сотни, то сейчас только Tesla производит порядка 500–600 тысяч автомобилей на трех заводах в Европе, в Калифорнии и Шанхае. И пользователи электромобилей могут видеть, что они потребляют именно green energy. Недавно мне демонстрировали онлайн-карту потребления электромобилями энергии в Китае. Там в режиме реального времени можно смотреть динамическую картину, какое количество автомобилей заряжается, как происходит переброс нужной, в том числе «зеленой», энергии. По сути, сейчас возникает рынок перераспределения green energy, когда энергетические компании перенаправляют по требованию выработанные с помощью ВИЭ энергоресурсы. Пока такое явление в зачаточном состоянии, но мы видим растущий потребительский спрос в этом направлении, энергокомпаниям становится выгодно транспортировать «зеленую» энергию туда, где она более востребована. Мы также видим, что потребители электромобилей тоже заинтересованы в том, чтобы иметь возможность в реальном времени представлять, где они могут зарядиться. Потому что действительно одна из сложных проблем владельца электромобиля сейчас — иметь возможность зарядить электромобиль. В Европе число зарядных станций хоть и растет, но их все равно не хватает: ты приезжаешь, и мало того, что тратишь полчаса минимум на быструю зарядку, так еще и в очереди ждешь, когда освободится эта станция.
— Но стоит признать, что электромобили сейчас — это исключительно дотационная история. В той же Дании в 2016 году власти отменили нулевой налог на электрокары, и продажи таких машин моментально рухнули на 60 процентов. Этот кейс свидетельствует о том, что и в благополучной и богатой Европе, где люди вроде уже думают об экологии, все же считают деньги. И как только чуть-чуть изменяется соотношение выгоды от нового типа транспорта, пересаживаться на него только ради абстрактных высоких идей никто не собирается.
— Согласен, продажи электрокаров сейчас, безусловно, держатся на господдержке. Но, с другой стороны, ситуация здесь быстро меняется. Тот же самый Илон Маск ведь не стал делать электрический «Запорожец», он занялся производством электрокара премиального класса, и в этом сегменте цены бензиновой и электрической машин уже примерно равны. Если сейчас мы возьмем мощную модификацию Mercedes-Benz Е-класса (скажем, Е400), которая сопоставима по мощности с Тesla Model S, то их цены, примерно сто тысяч евро, будут похожи без всяких там дотаций. Так что в этой нише мы видим, что потребительский спрос уже сейчас формируется не за счет бюджетных субсидий. И теперь рынок движется дальше: Маск сделал модель Tesla Model 3, а это уже машина D-класса. Сейчас в Финляндии, где я нахожусь, Tesla Model 3 стоит порядка 45 тысяч евро, примерно столько же стоит, скажем, модель Audi A5 с ДВС. То есть цены на электрокары уже почти сравниваются с ценами на традиционные авто, а со временем они могут стать даже дешевле.
— Еще все говорят, что электромобили больше подходят для беспилотных технологий…
— Да, это так. Если вы обратите внимание, то все стартапы, которые делают беспилотные автомобили, стараются их делать на гибридах: тот же «Яндекс» долгое время ездил на Toyota Prius. С одной стороны, это связано с тем, что установленное на беспилотный автомобиль компьютерное аппаратное оборудование требует больше электроэнергии. Но самое главное, на электромобилях лучше реализована система drive by wire — управление по проводам. То есть в электромобиле она изначально заложена как базовая технология. На бензиновых она просто получила развитие, но до конца не может сформироваться, потому что не все устройства в бензиновом автомобиле используют электрические приводы — например, тормоза работают от вакуумных усилителей разряжения в коллекторе. В электромобилях это не так — там задействованы актуаторы, насосы и так далее. Такая же история с помпами: до сих пор они в машине приводятся от вала двигателя. В электромобиле это все работает от электрических приводов. Получается, что электрический автомобиль более электронный, более управляемый по проводам, его философия позволяет лучше получать управление со стороны так называемого верхнего уровня. При этом не стоит оценивать конструкцию электроавтомобиля как нечто примитивное. Вот уже распространился штамп, что в электромобилях нет коробки переключения передач. Однако сейчас производители возвращаются к идее установки КПП на электрокары, и я, например, считаю, что коробка на электрокары вернется. Скажем, в ближайшие дни я поеду на тест-драйв нового электрокара Porsche Taycan, там инженеры установили коробку передач. Проблема в том, что на больших оборотах электромоторы на постоянных магнитах неэффективны, они начинают потреблять много энергии, поэтому в Porsche Taycan сейчас устанавливают двухступенчатую коробку передач. Другой вопрос, что пока эти коробки оказались не очень надежными, из-за этого новый Taycan сейчас часто попадает в техсервисы, но доработать такую коробку — вопрос времени. Я считаю, что устанавливать КПП на такие электромобили — это правильное инженерное решение.
Водородный прорыв
— В каком направлении, на ваш взгляд, сейчас развиваются технологии, связанные с электромобилями? Ожидаете ли вы появления какого-нибудь прорывного решения в области аккумуляторов?
— Вокруг аккумуляторов сейчас разворачивается большой бизнес, там есть много новых интересных идей, но я бы обратил внимание на водородные электромобили, которые вырабатывают электроэнергию из водорода с помощью топливных элементов. Раньше к водородному направлению в электрокарах относились скептически, но сейчас отношение к нему меняется: например, компания Nikola Motors, которая собирается строить грузовики на водородных топливных элементах, недавно получила очередной раунд внушительных инвестиций — 250 миллионов долларов, ее капитализация оценивается уже на уровне 12 миллиардов долларов. А наш европейский партнер компания E-Trucks Europe активно внедряет электромусоровозы с электрохимическими воздушноводородными топливными элементами на борту. Возврат к этой теме связан с тем, что водородные автомобили имеют гораздо более высокие потребительские качества. Они получают энергию из водорода, который не стоит почти ничего, так как является побочным газом, например в тех же процессах в атомной энергетике. Но главное — водородная установка очень легкая: баллоны, в которых хранится водород, скажем на 100 литров с давлением 800 атмосфер, весят килограммов 20–25, и с учетом дополнительного оборудования вся установка топливных элементов на водороде с отдачей 40 киловатт весит 25–30 килограммов. Сравните это с литиевыми батареями, вес которых при мощности 40 киловатт-часов будет 250–350 килограммов, за счет чего избыточный вес современных электрокаров является большой проблемой. Ну и помимо более легкой конструкции водородная установка на порядок дешевле аккумуляторов.
— Насколько в России развиты технологии водородных двигателей?
— В мире всего несколько стран, которые выпускают водородные топливные элементы: Канада, Германия, Япония, а также Россия, у которой в этой области большие компетенции, они ведут историю еще с конца 1990-х и косвенно связаны с космической программой — например, с применением топливных элементов летал наш «Буран». В космосе широко применяются водородные топливные элементы в связи с тем, что они легкие, массовая нагрузка от них небольшая, а главное, нет проблем, как хранить в сжиженной форме водород, получается очень эффективная масса энергии. В России успешно делают как высокотемпературные, так и низкотемпературные топливные элементы, в этой сфере у нас успешно работает Институт проблем химической физики в Черноголовке, завод «Уралхимэлемент». Наша компания с 2015 года успешно делает прототипы электромобилей на различных источниках энергии — это и литиево-кобальтовые, и литиево-фосфатные, и другие типы аккумуляторов. А в прошлом году, в ноябре, на «Открытых инновациях» мы показали машину, которую собрали совместно с Институтом проблем химической физики, в багажнике которой был установлен range extender (удлинитель хода) с двумя баллонами общей емкостью пятьдесят литров со сжатым водородом под давлением 250 атмосфер. Это позволяет нашему прототипу где-то на 200–250 километров увеличивать дистанцию помимо тех 150–160 километров, которые он может ехать на аккумуляторах.
— Но ведь и аккумуляторы становятся все более доступными по цене? И как быть с вопросом взрывоопасности водорода?
— Да, мы постоянно видим падение цен на аккумуляторы. Каждый год оно происходит по-разному: в какие-то годы есть достаточно большой прогресс в 15–20 процентов, в какой-то год цена падает на пять процентов. На сегодняшний момент в мире гигантское количество производств, которые могут производить литиевые батареи, в одном Китае объем производства больше 300 гигаватт-часов, но пока нет такого числа потребителей, которые были бы готовы покупать электрические автомобили в таком объеме. Что касается безопасности водородных автомобилей, то да, в теории при смешивании с кислородом водород взрывается, однако тесты, испытания и практика эксплуатации показывают, что машины на водороде даже более безопасны, чем электрокары на литий-ионных батареях, которые, как известно, тоже могут взрываться. Об этом говорит, в частности, опыт использования серийной водородной модели Toyota Mirai, которая эксплуатируется еще с 2013 года. Успешно используются также такие водородные модели, как Honda Clarity Fuel Cell, Hyundai Tucson Fuel Cell, Mercedes-Benz F-Cell. По сути, главное препятствие, которое сейчас сдерживает распространение водородных автомобилей, — отсутствие заправок для них. Сейчас в мире менее 500 водородных заправочных станций. Но я лично очень верю в историю с водородом, считаю, что это будет таким вызовом, «челленджем», в следующие двадцать лет. Водородные воздушные элементы действительно являются большим прогрессом, и российские компетенции могут играть значимую роль на мировом уровне.
Российский электромотор без магнитов
— Если говорить о других ключевых компонентах электромобилей, то каких технологических прорывов здесь можно ждать? Например, в сфере электромоторов, ведь ваша компания занимается в первую очередь разработками в этой области.
— В сфере электромоторов перспективные технологии есть. В частности, наша компания разрабатывает электромоторы без постоянных магнитов, в конструкции которых есть специальная катушка, которая создает нужное магнитное поле. Это дает нам возможность избавиться от высококоэрцитивных магнитов, которые достаточно дороги. Сейчас в мире электродвигатель с постоянными магнитами — это такой массовый тренд. Первые электромобили General Motors использовали электрические асинхронные двигатели, которые унаследовали Tesla Roadster, а потом и вся линейка автомобилей Tesla. К 2020 году Tesla полностью отказалась от асинхронных двигателей и перешла к синхронным машинам на постоянных магнитах (серия двигателей «Ворон»). Интересный момент: основным производителем постоянных магнитов сейчас является Китай, который смог в индустриальных масштабах добывать редкоземельный металл неодим, необходимый для выпуска постоянных магнитов. Китай идет по пути, когда сначала он продавал только сам этот металл, потом стал поставлять высококоэрцитивные магниты как готовую продукцию, а сейчас эта страна уже является лидером по продаже электромоторов на постоянных магнитах.
— Почему электромоторы без постоянных магнитов лучше и какие российские технологии в их производстве могут быть задействованы?
— Еще в 1990-е годы в мире произошел научный прорыв в так называемых вентилях — высокотоковых мощных транзисторах, когда получилось быстро и с очень большой мощностью управлять магнитным полем внутри двигателя. Причем управлять в большом диапазоне частоты вращения — от нулевых, грубо говоря, оборотов двигателя до высокоскоростных. В этой области у нас есть значимое наследие советской школы — опыт создания так называемых SiC-транзисторов. Это карбид-кремниевые полупроводники, которые обладает очень низким сопротивлением, большой скоростью переключения и высокой рабочей температурой. Соответственно они менее требовательны к охлаждению, то есть это транзисторные ключи, которые могут работать в экстремальных условиях, что очень важно в управлении магнитным полем. Самое главное, такие элементы очень маленького габаритного размера, им не нужны большие радиаторы, нет высоких требований к охлаждению. За счет этого инвертор, который управляет электродвигателями, стал гораздо лучше, он в четыре раза меньше, чем инверторы для классических электромобилей. И эта технология сейчас становится ключевой при использовании карбидкремниевых транзисторов в электромобилях для управления полем двигателя. Электромоторы без постоянных магнитов существенно повышают тяговые характеристики электромотора, его надежность; двигатель нашей конструкции не боится перегрева, он может работать на высоких оборотах при очень высоких температурах — свыше ста градусов, а также более доступен по цене, так как не требует применения растущих в цене компонентов для магнитов. Важно также, что электромоторы такого типа будут противостоять монополии Китая с его единоличной технологией по переработке неодима и его грядущему контролю над выпуском электромоторов на постоянных магнитах.
Вопрос экономической оправданности
— Помимо выпуска компонентов для электромобилей российские компании могут претендовать на долю в развивающемся мировом рынке электрокаров? Вот, например, проект Arrival, основанный российским предпринимателем Денисом Свердловым, сейчас довольно успешно развивается в Великобритании. Есть ли еще показательные примеры с российским участием?
— Да, Arrival сейчас довольно успешно работает в сфере выпуска электрических автобусов для сервисов быстрой доставки в Англии. Особенность этого проекта в том, что они пытаются сделать единую платформу для производства электромобилей, которая будет работать как франшиза: они строят завод в любой точке мира по стандартной технологии, производящей однотипные автомобили. И в данном случае они выступают именно как франчайзеры, то есть не сами будут выпускать электромобили, они дают технологию, дают покупателей в виде корпоративных клиентов b2b. И этот завод может приобрести любой собственник, поставить в своей стране и знать, кто будет поставлять ему компоненты и кто будет его потребителями. Или вот еще известный проект Starship, который имеет российские корни, базируется в Лондоне и производит электрические беспилотные автомобили доставки. Они неплохо развиваются не только в Великобритании, но и в других странах Европы, в Северной Америке. Хотя пандемия сильно сказалась на всех высокотехнологических проектах и стартапах, связанных в том числе с электромобилями. Очень много проектов, которые, будучи направлены на решение какой-то конкретной технологической задачи, схлопнулись. Инвесторы сейчас придерживают деньги, они не готовы вкладываться в высокорискованные проекты. А все стартапы рассчитаны на то, что ты все время получаешь раунды финансирования, пока не начнется массовое производство.
— Что можно сказать о вашей компании, насколько успешно она переживает пандемию, как у нее получается встраиваться в упомянутые мировые технологические тренды?
— Наша компания «Электротранспортные технологии» в России исторически складывалась из различных лабораторий, находящихся либо в МЭИ, НАМИ, либо на физфаке МГУ, либо в Институте проблем химической физики РАН, а также в Институте проблем передачи информации РАН. Это были аспиранты, лаборанты, научные сотрудники. В нынешнем виде наша компания — это три разные команды, которые собирались для производства одного проекта, но так получилось, что летом 2017-го мы собрались и остались вместе. В частности, мы разрабатывали беспилотный электробус «Матрешка» для «Волгабаса», у нас был в 2014 году достаточно нашумевший проект «Солнечная регата» — первая большая гонка на Москве-реке на судах на солнечных батареях. Постепенно мы накапливали компетенции и поняли, что способны делать чтото более значимое. У нас есть упомянутые выше разработки в области нестандартных электродвигателей, мы пытаемся найти себя в других источниках генерации тока, таких, например, как топливные элементы. Мы имеем наработки в области беспилотных систем, в частности мелкосерийно производим шасси для беспилотных коммерческих автомобилей. Наша задача, с одной стороны, сделать более или менее работающую технологию. С другой стороны, сделать так, чтобы в компании было больше интеллектуальной собственности, то есть больше патентов, связанных с финальным продуктом, который будет делать компания. Мы стремимся как можно больше аккумулировать патентов, технологий, реализованных в прототипах либо в мелкой серии, которые принадлежат компании. У нас есть инвесторы (их имена и объемы инвестиций мы пока не раскрываем), есть стратегические партнеры — это производители той или иной технологии. Например, это производители либо электродвигателей, либо электротехнического оборудования. В Европе мы сотрудничаем с логистическими компаниями, есть два крупных ритейлера и другие компании; совместно с одними мы делаем машины, совместно с другими делаем двигатели. Есть и российские заказчики: недавно мы сформировали компанию в России с нашим участием, которая будет работать исключительно на российском рынке в области коммерческих беспилотных транспортных средств.
— Когда все же электромобили окончательно завоюют мир? И вообще, произойдет это когда-нибудь?
— Это произойдет, и очень скоро. Я думаю, что точку невозврата мы пройдем в ближайшие три года. Уже сейчас мы видим много гибридных автомобилей, а это уже, по большому счету, электромобиль. В нем еще есть бензиновый двигатель, часто работающий только в генерирующем режиме и не сильно участвующий в приводе. И через два-три года мы увидим настолько сильное давление и со стороны налогов, и со стороны экологических норм, что люди потихоньку вынуждены будут переходить на электромобили. Ведь средний цикл автомобиля сейчас уже не десять лет, а лет пять. По стоимости электромобили уже становятся похожими на авто с ДВС. Кстати, в России мы тоже видим, что экологический класс автомобиля влияет на налогообложение. Конечно, России по электромобилям сильно отстает от других стран, но можно считать, что некий рынок электромобилей уже есть. Он формируется за счет премиальных машин типа Tesla или Jaguar, есть также энтузиасты, которые покупают за 500 тысяч рублей подержанные Nissan Leaf с «засаженными» батарейками. Но в любом случае ни та ни другая группа не покупает в России электромобиль из-за того, что они пытаются сэкономить или использовать green energy. Здесь речь пока идет скорее о некоем хайпе, потребностей в самоидентификации в глазах окружающих. Но со временем, когда это будет экономически оправдано, электромобили станут распространенным явлением и в России.
Фотографии предоставлены компанией «Электротранспортные технологии»
* Мы продолжаем серию публикаций об электроавтомобилях. Ранее в серии вышли материалы «Электрокары берут реванш» в № 26 «Эксперта» за этот год и «Хайп, замешанный на мифе» в № 27.
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl