خودروی هیدروژنی چیست؟
رهاتل: در صورتیکه خودرو های الکتریکی با رشد انفجاری و توجه گسترده، آینده صنعت خودروسازی را رقم می زنند، فناوری هیدروژن با وعده پاکی و برد حرکتی بالا بازهم یکی از گزینه های جذاب و بحث برانگیز در راه تحول حمل و نقل به شمار می آید.
امیرمسعود عابدین: در دنیایی که صنعت خودروسازی با سرعتی اعجاب انگیز به سمت الکتریکی شدن پیش می رود، خودرو های هیدروژنی به عنوان یکی از انتخابهای جایگزین سوخت های فسیلی همواره مورد توجه بوده اند. اما این سوال همچنان باقی است: آیا خودرو های هیدروژنی می توانند تهدیدی جدی برای خودرو های برقی باشند یا تنها یک مسیر فرعی در نقشه ی حمل و نقل آینده خواهند بود؟
پیش از پاسخ به این سوال، بیایید نگاهی به خودرو های هیدروژنی بیندازیم؛
تاریخچه و خاستگاه
از سال ۱۸۰۶ که فرانسوا آیزاک دو ریواز اولین موتور احتراق داخلی هیدروژنی را ساخت، ایده استفاده از این سوخت پاک همواره زنده ماند. در ۱۸۶۰، اتین لنوآر اولین خودروی عملی هیدروژنی را توسعه داد و در ۱۸۸۹، مفهوم «پیل سوختی» توسط موند و لنگر معرفی گردید. هرچند قرن بیستم شاهد سلطه بنزین بود، اما نوآوری های هیدروژنی ادامه یافت؛ از کامیون های هیدروژنی نروژ در ۱۹۳۳ و تغییر کاربری ناوگان روسیه در ۱۹۴۱ تا ساخت اولین خودروی پیل سوختی مدرن توسط جنرال موتورز در ۱۹۶۶.
دهه های ۷۰ و ۸۰ با نگرانی های زیست محیطی و کاربردهای نظامی همراه بود و از اواخر قرن بیستم، کشورهایی چون ایسلند و آلمان بسمت استفاده گسترده از هیدروژن حرکت کردند. در هزاره جدید، خودروسازانی مانند تویوتا، هیوندای و بی ام و سرمایه گذاری سنگینی روی مدلهای پیل سوختی انجام داده اند. با کاهش ۸۰ درصدی هزینه ها از ۲۰۰۲ تابحال و رشد پیش بینی شده ۲۰ درصدی بازار تا ۲۰۲۵، هیدروژن بیشتر از هر زمان دیگر به سوختی عملی و اقتصادی نزدیک شده است.
هم اکنون، تنها تعداد کمی از خودرو های هیدروژنی به شکل تجاری در دسترس هستند. تویوتا میرای، هیوندای نکسو و هوندا کلاریتی از معدود مدل هایی هستند که در بازارهای خاصی مانند ژاپن، کالیفرنیا و کره جنوبی عرضه می شوند. با آنکه تکنولوژی آنها تحسین برانگیز است، اما فروش جهانی این خودرو ها هنوز به مرز ۱۰۰ هزار واحد نرسیده است.
خودرو های هیدروژنی جدیدتر درحال توسعه عبارتند از:
بی ام و iX۵
هوندا CR-V FCEV
هیوندای استاریا پیل سوختی
اینئوس گرنادیر FCEV
کیا FK / هیوندای FK
کیا کارنیوال FCEV
لندروور دیفندر
رنجروور FCEV
تویوتا هایلوکس هیدروژن
سازوکار فنی خودرو های هیدروژنی (پیل سوختی)
خودرو های هیدروژنی برق خویش را از دستگاهی به نام پیل سوختی می گیرند. در این فرآیند، گاز هیدروژنِ ذخیره شده در مخزن وارد این دستگاه می شود و با کمک یک لایه ی ویژه، به اجزای کوچک تر تقسیم می گردد. قسمتی از این اجزا، یعنی الکترون ها، برای روشن کردن موتور و شارژ باتری به کار می روند و بخش دیگر با اکسیژن موجود در هوا ترکیب شده و در نهایت برق، کمی گرما و تنها محصول جانبی یعنی بخار آب تولید می شود.
برق حاصل مستقیماً مصرف شده و نیاز به شارژ باتری بوسیله برق شهری نیست. باتری داخلی تنها انرژی اضافی (مثلاً از ترمز احیاکننده) را ذخیره می کند تا در مواقع نیاز به موتور کمک نماید.
اجزای اصلی:
پیل سوختی: قلب سیستم که هیدروژن و اکسیژن را به برق تبدیل میکند.
مخزن سوخت: ذخیره هیدروژن در فشار بالا و بدنه تقویت شده با فیبرکربن.
موتور الکتریکی: استفاده از برق تولیدی برای حرکت خودرو.
باتری: ذخیره انرژی اضافی و کمک به شتاب.
اگزوز: خروج بخار آب خالص به عنوان تنها آلاینده.
عملکرد و خصوصیت ها:
این خودرو ها بی صدا، کم مصرف و بدون آلایندگی هستند و بردی مشابه خودرو های بنزینی (حدود ۴۸۰ تا ۶۴۰ کیلومتر) دارند. سوخت گیری آنها سریع و مشابه بنزین است، اما هیدروژن فعلا گران تر از بنزین فروخته می شود. با این وجود، کارآمدی بالاتر سبب می شود مصرف کلی سوخت کمتر باشد.
دسترسی و هزینه ها:
مدلهای سدان و شاسی بلند در بازارهای خاص موجود هستند. خرید آنها گران تر از مدلهای بنزینی مشابه است، ولی طرح های اجاره اغلب شامل سوخت، سرویس و نگهداری مجانی اند که هزینه مالکیت را می کاهد. در بعضی کشورها هم مشوق های مالی و مجوز استفاده از خطوط ویژه (Carpool lanes) عرضه می شود.
آخرین موفقیت مهندسی:
بتازگی شرکت کامینز به همراه شرکای صنعتی، در پروژه ای موسوم به Project Brunel، یک موتور احتراق داخلی هیدروژنی ۶٫۷ لیتری به وجود آورده اند که برای کامیون ها و اتوبوس های متوسط طراحی شده است. این موتور مبتنی بر پلت فرم معمول موتورهای جرقه ای بوده و با بیشتر از ۹۹٪ کاهش انتشار کربن و سطح بسیار پایین NOx عرضه می شود.
مزایا زمان سوخت گیری بسیار کوتاه: پر کردن باک هیدروژن کمتر از ۵ دقیقه زمان می برد.
برد حرکتی بالا: خیلی از مدلهای هیدروژنی مانند تویوتا میرای، بردی بیشتر از ۶۵۰ کیلومتر دارند.
آلایندگی صفر: تنها خروجی اگزوز این خودرو ها بخار آب است.
عملکرد در سرما بهتر از خودرو های برقی: عملکرد باتری ها در دمای پایین افت می کند، اما سلول های سوختی این مشکل را کمتر دارند.
معایب و چالش ها اما همه چیز به این سادگی نیست؛ تولید، ذخیره و توزیع هیدروژن هنوز بسیار پرهزینه است. بیشتر هیدروژن تجاری امروزی از فرآیندهای فسیلی مانند ریفرمینگ گاز طبیعی به دست می آید که آلاینده است. همچنین، ایستگاه های سوخت گیری هیدروژن بسیار نایاب اند، حتی در کشورهای پیشرفته. علاوه بر آن، فرایند فشرده سازی و حمل و نقل هیدروژن نیازمند انرژی و زیرساخت های پیچیده ای است.
وضعیت فعلی و آینده هیدروژن تا سال ۲۰۲۵، بازار خودرو های پیل سوختی هیدروژنی ۸.۳۱ میلیارد دلار آمریکا ارزش گذاری شده است، با نرخ رشد پیش بینی شده (CAGR) نزدیک به ۲۰ درصد در پنج سال آینده.
با کاهش هزینه های پیل سوختی بر اساس گزارش وزارت انرژی ایالات متحده (DOE)، هزینه های پیل سوختی از سال ۲۰۰۲ تا ۸۰ درصد کاسته شده است. آنها همینطور گزارش دادند که پیشرفت های بیشتر در فناوری پیل سوختی می تواند قیمت خودرو های هیدروژنی را در عرض یک دهه برای مصرف کننده متوسط اقتصادی کند. همانطور که هیدروژن همچنان بسمت برابری هزینه با سوخت های فسیلی پیش می رود، سازمان های عمومی و خصوصی بیشتری درحال بررسی پتانسیل هیدروژن هستند.
ممکنست زمان بیشتری بطول بیانجامد تا خودرو های پیل سوختی هیدروژنی به علت محدودیت های زیرساختی، به جریان اصلی تبدیل شوند. با این وجود، تحقیقات نشان می دهد که مردم هیدروژن را به عنوان یک منبع انرژی پاک ترجیح می دهند که نشان دهنده تغییری در افکار عمومی است. علاوه بر این، بازار برای وسایل نقلیه سنگین و حمل و نقل عمومی که با هیدروژن کار می کنند، امیدوارکننده است.
تهدید برای خودرو های برقی؟
در کوتاه مدت، بعید است که خودرو های هیدروژنی بتوانند بازار خودرو های الکتریکی را تهدید کنند. دلیل اصلی آن، زیرساخت ناکافی و هزینه های بالای توسعه است. با این وجود، در قسمت حمل و نقل سنگین مانند کامیون ها، اتوبوس ها و ناوگان های لجستیکی که به برد بالا و سوخت گیری سریع نیاز دارند، هیدروژن می تواند رقیبی جدی برای برق باشد.
شرکت هایی نظیر نیکولا موتور، هیوندای و مرسدس بنز تراکس درحال کار روی کامیون های هیدروژنی هستند. در حقیقت، ممکنست آینده هیدروژن نه در خودرو های سواری، بلکه در حمل و نقل سنگین و صنایع بزرگ معنا پیدا کند.
جمع بندی خودرو های هیدروژنی ترکیبی جذاب از عملکرد بالا، برد حرکتی زیاد و آلایندگی صفر عرضه می دهند، اما هنوز هم درگیر چالش های اقتصادی، زیرساختی و زیست محیطی هستند. در حالیکه خودرو های برقی باتری محور با سرعت بیشتری درحال رشد و جهانی شدن هستند، هیدروژن همچنان به عنوان یک گزینه مکمل و نه جایگزین جدی، در پس زمینه باقیمانده است. آینده اش روشن خواهد بود، اما احیانا نه برای همه.
۲۲۷۳۲۲
منبع: rahatel.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان رهاتل در مورد این مطلب