آیا آینده متعلق به خودروهای هیدروژنی است؟

بالا رفتن دائمی قیمت سوخت های فسیلی، چالش های زیست محیطی و گرمایش کره زمین و مسائلی مثل آلودگی شَدید شهرهای بزرگ، نگاه ما را به سمت فناوری های جایگزین برای تامین انرژی پاک و ایمن برای خودروها برگرداند. اما تنها راه تولید خودروهایی که بدون تولید آلاینده بتوانند مسافت های طولانی را طی کنند و همچنین استفاده از آنها صرفه اقتصادی داشته باشد، استفاده از باتری و موتورهای الکتریکی نیست. فناوری پیل های سوختی هیدروژنی مدت ها است به عنوان یک روش جایگزین مناسب مطرح است و سازندگانی مثل تویوتا و BMW از چند دهه قبل در حال امکان سنجی تولید انبوه خودروهای مجهز به پیل های سوختی بوده اند.

پیل های سوختی هیدروژنی، مانند باتری ها بدون استفاده از قطعات متحرک و به صورت مستقیم انرژی شیمیایی را به الکتریکی تبدیل می کنند. بازدهی این پیل های سوختی بسیار بالا است و می توان آنها را دو برابر کارآتر از موتورهای درون سوز معمول دانست که به معنی برد بیشتر با مقدار سوخت برابر است. همچنین سوخت گیری این خودروها بسیار مشابه سوخت گیری خودروهای کنونی است و سرعت آن در قیاس با شارژ باتری بسیار بسیار کمتر است. از طرفی دیگر نبود قطعات متحرک در پیل به معنی نداشتن نیاز به تعمیر و نگهداری و هزینه عملیاتی بسیار کمتر نسبت به خودروهای متعارف است.

خودروهای مجهز به پیل سوختی، سال ها است که از حد پروژه های تحقیقاتی فراتر رفته اند و به نظر می رسد توان صنعتی لازم برای تولید آنها وجود داشته باشد. برای مثال هم اکنون نیز در ایالت کالیفرنیای آمریکا، خودروی هیدروژنی Clarity شرکت هوندا با برد 500 کیلومتری در حال تردد است و تویوتا هم چند سالی است که مدل اختصاصی به نام Mira را در این ایالت به فروش می رساند. اگرچه نبود ایستگاه های سوخت گیری هیدروژن در بیرون کالیفرنیا، حضور این خودروها را به این ایالت محدود کرده است. اما به نظر می رسد با پیشرفت فناوری در سال های اخیر، زمینه برای حضور واقعی این خودروها در جاده ها در حال فراهم شدن است.

شرکت تویوتا چند ماه پیش، از یک نمونه کشنده سبک مجهز به فناوری پیل سوختی رونمایی کرد که قرار است به صورت آزمایشی در آمریکا فعالیت کند. یک نمونه دیگر را هم باید شرکت دانش بنیان Nikola Motor بدانیم که سال گذشته با اعلام ساخت یک کشنده سنگین با فناوری پیل سوختی هیدروژنی به نام Nikola One خبرساز شد. کشنده این شرکت، طبق ادعاهای سازندگانش، بیش از 1000 اسب بخار قدرت و بیش از 2700 نیوتن متر گشتاور تولید خواهد کرد و از این نظر با قدرتمندترین کشنده های دیزلی و حتی کشنده تسلا قابل مقایسه است. اما نقطه قوت اصلی این خودرو، که از فناوری پیل سوختی هیدروژنی در کنار سلول های باتری با قدرت 320 کیلووات ساعت استفاده می کند، برد بسیار زیاد آن است که با یک باک پُر به 1300 کیلومتر می رسد.

همچنین سوخت گیری کامل این کشنده تنها 15 دقیقه زمان می برد که نسبت به زمان حداقلی یک ساعته لازم برای شارژ کامل کامیون تسلا با شارژرهای صنعتی مخصوص هم کمتر است. همانطور که گفتیم مشکل اساسی این خودروها، نبود زیر ساخت لازم برای تهیه و عرضه سوخت مناسب است که بخصوص برای کشنده های بین شهری از اهمیت بسیاری برخوردار است. به همین دلیل هم شرکت Nikola Motor اعلام کرد قصد دارد همزمان با عرضه خودروی کشنده خود در سال 2020، بیشتر از 350 جایگاه سوخت گیری هیدروژنی را در آمریکا تاسیس کند.

کشنده Nikola One

البته فناوری پیل سوختی هیدروژنی خالی از اشکال هم نیست و نقاط ضعف مشهودی هم می توان برای آن برشمرد. برای مثال برخلاف خودروهای الکتریکی که می توان آنها را با استفاده از خروجی برق خانگی هم شارژ کرد، خودروهای هیدروژنی نیازمند سوخت گیری در جایگاه های پیشرفته ای هستند که ساخت هر یک از آنها حداقل 10 میلیون دلار هزینه دارد.

همچنین هیدروژن خود یک منبع انرژی نیست و حامل انرژی محسوب می شود و برای تولید آن نیازمند مصرف انرژی (حرارتی، سوخت های فسیلی یا الکتریسیته) برای استخراج هیدروژن از آب دریا یا روش های دیگر هستیم. در نتیجه نمی توان این فناوری را از نظر تاثیرگذاری بر محیط زیست با انرژی های پاکی مثل انرژی الکتریکی که از منابع تجدیدپذیر مثل باد یا نور خورشید قابل تولید است، مقایسه کرد.

باید گفت که فناوری پیل سوختی هیدروژنی به دلیل مزیت هایی مثل داشتن منبع سوختی نسبتاً ارزان، نداشتن آلایندگی، کارآیی بهتر نسبت به موتورهای درون سوز و زمان سوخت گیری کوتاه تر، مورد توجه جدی خودروسازان بزرگ و البته شرکت های دانش بنیان قرار گرفته است.

چند نکته درباره پیل سوختی هیدروژنی

• هیدروژن فراوان ترین عنصر در جهان است. هیدروژن یک حامل انرژی با محتوای انرژی بسیار بالا است که در مقادیر انبوه به شکل آب دریاها، هیدروکربن ها و دیگر مواد آلی روی کره زمین وجود دارد. هیدروژن را می توان با فرآیندهای مختلف از منابع متفاوت از جمله پالایش سوخت های فسیلی و الکترولیز آب استخراج کرد. میزان تاثیر زیست محیطی و بهره وری هیدروژن به عنوان یک سوخت به روش تولید آن بستگی دارد.
• پیل های سوختی هیدروژنی کاربردهای بسیاری دارند. از تامین الکتریسیته ساختمان ها، خودروها و کامیون ها تا کاربرد به عنوان سیستم تامین انرژی اضطراری و حتی باتری دستگاه های الکترونیکی قابل حمل. از آنجا که پیل های سوختی می توانند بدون نیاز به اتصال به شبکه، انرژی الکتریکی تولید کنند، انتخاب مناسبی برای پروژه های پُرمصرف مثل دیتاسنترها و برج های مخابراتی، تامین انرژی اضطراری بیمارستان ها و ساختمان های دولتی و حتی کاربردهای نظامی هستند.
• پیل های سوختی هیدروژنی آلایندگی ندارند. پیل های سوختی مثل باتری ها بدون احتراق سوخت یا بدون آلاینده، انرژی الکتریکی تولید می کنند. اما برخلاف باتری ها پیل های سوختی به مرور زمان ضعیف نمی شوند و نیاز به شارژ مجدد ندارند. در واقع این پیل ها تا وقتی هیدروژن و اکسیژن مورد نیاز را در دسترس داشته باشند، می توانند انرژی تولید کنند، درست مثل موتورهای درون سوز. اما حتی اگر برای تولید هیدروژن از گاز طبیعی هم استفاده کنیم، خودروهای هیدروژنی در نهایت نصف خودروهای بنزینی آلودگی تولید می کنند. البته اگر از انرژی های تجدیدپذیر مثل انرژی خورشیدی برای تولید هیدروژن استفاده کنیم، این کاهش آلایندگی به 90 درصد می رسد که واقعاً می تواند برای کره زمین و زندگی ما سرنوشت ساز باشد. همچنین خروجی اگزوز خودروهای مجهز به پیل سوختی هیدروژنی تنها بخار آب است!
• درست مثل خودروهای بنزینی، خودروهای پیل سوختی هم با یک باک پُر حدود 500 کیلومتر مسافت را طی می کنند و سوخت گیری آنها تنها چند دقیقه طول می کشد. از آنجا که پیل سوختی هیچ قطعه متحرکی ندارد، نیازی به تعویض روغن و نگهداری دائمی از موتور نیست و این، هزینه های نگهداری بلندمدت خودرو را به شدت کاهش می دهد. همچنین محتوای انرژی بیشتر هیدروژن به این معنی است که با یک مقدار سوخت مسافت بیشتری را نسبت به خودروهای بنزینی طی می کند که به این معنی است که نه تنها مصرف سوخت تقریباً نصف می شود، بلکه بهره وری آن هم دو برابر خواهد بود.

در صورتی که مشکل ایجاد زیرساخت های لازم برای زنجیره تامین و عرضه سوخت هیدروژن فراهم شود، که با توجه به سرمایه گذاری خودروسازهای بزرگ چندان هم بعید نیست، آینده ممکن است در دستان خودروهای هیدروژنی باشد.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «آیا آینده متعلق به خودروهای هیدروژنی است؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله خشایار مریدپور، به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.