تب و تاب ساخت و توسعه‌ی ماشین‌های سازگار با محیط زیست، آن هم با توجه به بحران گرمایش زمین روزبه‌روز بیشتر می‌شود. از همین‌رو، اگر می‌خواهید درباره کارکرد خودروهای هیدروژن سوز بدانید این مطلب برای شماست.
تغییرات اقلیمی باعث شده بشر تا حدی به خود آمده و درباره‌ی فناوری‌های جایگزین سوخت‌های فسیلی نظریه‌پردازی کند. خودروهای هیدروژن سوز یکی از همان دست توسعه‌های فناورانه بوده که هنوز نتوانسته در جوامع نقش یک جایگزین را بازی کند، اما به عنوان یکی از بهترین جایگزین‌ها همیشه در فهرست کارخانه‌های اتومبیل‌سازی بوده است. شاید پرسش‌هایی از این دست که خودرو هیدروژنی چگونه کار میکند و اینکه آیا ایمن هستند و ساز و کار خودروهای هیدروژن سوز چیست بتوانند موضوع را روشن‌تر کند تا ببینیم خودروهای هیدروژن سوز جایگزین خوبی هستند یا نه.
بیشتر بخوانید:
عملکرد و کارایی خودروهای هیدروژن سوز
برای اینکه بفهمیم خودرو هیدروژنی چگونه کار میکند شاید در وهله نخست بهتر باشد به تمایزاتش بپردازیم. در واقع، تفاوت عمده خودروهای الکتریکی با خودروهای سوخت هیدروژن (به اختصار HFCV) که از موتورهای الکتریکی برای چرخاندن چرخ‌ها استفاده میکنند، در تأمین انرژی و انتقال آن است.
به بیانی، برعکس خودروهای الکتریکی که انرژی را توسط یک باتری بزرگ و سنگین به چرخ‌ها انتقال می‌دهند، ساز و کار خودروهای هیدروژنی توسط یک پشته پیل سوختی است که در آن هیدروژن خالص (H2) از یک غشاء عبور میکند تا با اکسیژن (O2) هوا ترکیب شود و الکتریسیته‌ای را تولید کند که چرخ‌ها را به همراه بخار آب بچرخاند. این بدان معناست که خودروهای پیل سوختی از نظر فنی هیبریدی هستند، به همین دلیل نیز آنها گاهی اوقات به عنوان خودروهای الکتریکی هیبریدی سلول سوختی (FCHEV) طبقه‌بندی می‌شوند.
اما در واقع امر، هیدروژن برای دانشمندان سوخت نیست و حامل انرژی است. با این حال، این تمایزهای فنی را فراموش کنید، چرا که رانندگان HFCV مخازن پرفشار فیبر کربنی وسایل نقلیه خود را در «ایستگاه‌های سوخت هیدروژن» دوباره، در حدود ۳ تا 5 دقیقه پر میکنند که از نظر مفهومی بسیار شبیه به پمپ بنزین قدیمی است. در وهله بعد خواهید فهمید که خودرو هیدروژن سوز با چه ساز و کاری عمل میکند.
خودرو هیدروژنی چگونه کار میکند
احتمالاً شنیده‌اید که هیدروژن رایج‌ترین عنصر در کیهان است؛ در سطح اتمی، بله؛ اما هیدروژن هرگز در حالت خالص خود یافت نمی‌شود. همیشه با عناصر دیگر ترکیب شده و تمایل شدیدی به اتصال به هر چیزی که فکرش را بکنید دارد. همین امر، آن را به یک حامل انرژی خوب تبدیل ساخته است. بنابراین باید برای خودروهای سوخت هیدروژن فکر دیگری می‌کردیم…
ایجاد هیدروژن خالص برای خودروی هیدروژنی، مستلزم استفاده از انرژی زیادی برای «شکستن» ترکیبی مانند گاز طبیعی (CH4) به H2 خالص به همراه CO2 به عنوان یک محصول جانبی است. (اکنون بیشتر هیدروژن از سوخت‌های فسیلی مانند گاز طبیعی مشتق می‌شود.) هیدروژن با عبور از یک سلول سوختی، آن انرژی وارده را به محض ترکیب شدن با اکسیژن به شکل الکتریسیته پس می‌دهد که در نهایت از لوله اگزوز خودرو هیدروژن سوز فقط بخار آب (H2O) خارج می‌شود.
بیشتر بخوانید:
ویژگی‌های سوخت هیدروژن
ویژگی‌هایی هیدروژن در خودروهای سوخت هیدروژن به شرح زیر است:
- انتشار بسیار ناچیز آلاینده‌ها، برگشت‌پذیر بودن چرخه تولید آن و کاهش اثرات گلخانه‌ای
- انرژیِ هیدروژنی به دلیل استقلال از منابع اولیه انرژی، سیستمی دائمی، پایدار، فناناپذیر، فراگیر و تجدیدپذیر محسوب می‌شود
- موتورهای الکتریکی و پیل‌های سوختی جایگزین بسیار مناسبی برای موتورهای احتراقی برای کنترل آلودگی و حفظ محیط زیست خواهند بود
- اقتصادی‌ترین سوخت در دراز مدت با پتانسیل بالا به منظور استفاده در خودروهای پیل سوختی
اجزای اصلی خودروهای هیدروژن سوز
اگر بخواهیم درک بهتری از خودرو با سوخت هیدروژن داشته باشیم شاید بیرون کشیدن جزئیات از دل قطعات کمک حال باشد.
- باتری (کمکی): در یک وسیله نقلیه الکتریکی، باتری کمکی ولتاژ پایین، پیش از درگیر شدن باتری کششی، برق لازم برای راه‌اندازی خودرو و لوازم جانبی آن را فراهم میکند.
- پک باتری: این باتری، ولتاژ بالای انرژی تولید شده از ترمز را ذخیره کرده و نیروی اضافی را برای موتور کشش الکتریکی فراهم میکند.
- مبدل DC/DC: این دستگاه، برق DC ولتاژ بالاتر را از بسته باتری کششی به برق DC با ولتاژ پایین مورد نیاز، برای راه‌اندازی لوازم جانبی خودرو و شارژ مجدد باتری کمکی تبدیل میکند.
- موتور کششی الکتریکی (FCEV): این موتور با استفاده از انرژی پیل سوختی و بسته باتری کششی، چرخ‌های خودرو را به حرکت در می‌آورد. برخی از وسایل نقلیه از ژنراتورهای موتور استفاده میکنند که هم نقش محرک دارند و هم عملیات بازیابی را انجام می‌دهند.
- پشته پیل سوختی: مجموعه‌ای از الکترودهای غشایی مجزا که از هیدروژن و اکسیژن برای تولید برق استفاده میکنند.
- پرکننده سوخت: یک نازل از یک توزیع کننده سوخت به مخزن خودرو متصل می‌شود تا باک را پر کند.
- مخزن سوخت (هیدروژن): گاز هیدروژن را روی خودرو ذخیره میکند تا زمانی که پیل سوختی به آن نیاز داشته باشد.
- کنترل کننده الکترونیک قدرت (FCEV): این واحد جریان انرژی الکتریکی تغییر یافته توسط پیل سوختی و باتری کششی را مدیریت میکند و سرعت موتور کشش الکتریکی و گشتاور تولیدی آن را تحت نظر می‌گیرد.
- سامانه حرارتی (خنک کننده) – (FCEV): این سامانه محدوده دمای عملیاتی مناسبی از پیل سوختی، موتور الکتریکی، الکترونیک قدرت و سایر اجزا را حفظ میکند.
- گیربکس (برقی): گیربکس نیروی مکانیکی را از موتور کشش الکتریکی برای به حرکت درآوردن چرخ های خودرو هیدروژن‌سوز منتقل میکند.
آیا خودروی هیدروژنی ایمن است؟
ایمنی خودروهای هیدروژن سوز مانند خودروهای سنتی است و حتی بهتر. از آنجایی که مخزن پرفشار خودرو با سوخت هیدروژن به گونه‌ای طراحی شده است که حتی از تصادفات با بالاترین سرعت هم بدون نشتی یا شکستگی جان سالم به در ببرد، نگرانی خاصی وجود ندارد. علی‌رغم آن‌که شکاکان هیدروژنی معمولاً به انفجار هیندنبورگ در سال 1937 اشاره میکنند، اما به‌طور معمول، مخازن هیدروژن و سخت‌افزار خودروهای هیدروژنی احتمالاً جان سالم به در می‌برند؛ حتی اگر بقیه خودرو هیدروژن سوز در تصادف از بین برود. تا به امروز هیچ جراحت یا مرگ خاصی بابت پیل سوختی هیدروژنی ثبت نشده است.
بیشتر بخوانید:
بهترین خودرو های چینی در ایران
اتومبیل های هیدروژنی چگونه هیدروژن را ذخیره میکنند؟
هیدروژن را میتوان هم به صورت گاز و هم مایع ذخیره کرد. معمولاً، ذخیره‌سازی گازی، روش مرسوم در خودروهای هیدروژن سوز بوده و از مخازن فشار بالا با فشار مخزن 350-700 بار (5000-10000 psi) برای نگاه‌داری آن استفاده می‌شود. به عنوان نمونه، تویوتا میرای، سوخت هیدروژن فشرده را در سه مخزن فشار بالا 10000 psi تقویت شده با فیبر کربن ذخیره میکند. یکی در مرکز خودرو، یکی زیر صندلی عقب و دیگری زیر محفظه باتری اصلی.
مزایا و معایب وسایل نقلیه سلول سوختی هیدروژنی
- رانندگی راحت
- گشتاور فوری و قدرت صاف و ثابت
- تکنولوژی بالا
- تعمیر و نگهداری کم
- انتشار کربن صفر
- سوخت گیری سریع (3-5 دقیقه)
- پوشش مسیر با گستره بالا
با این حال، چند عیب در خودروهای سوخت هیدروژن وجود دارد که چالش برانگیزترین آن، دسترسی به سوخت هیدروژنی است. علی‌رغم آن‌که یک دهه پیش برنامه‌ریزی شده بود که کالیفرنیا 100 ایستگاه هیدروژن داشته باشد، در واقع این تعداد هنوز حدود 60 ایستگاه باقی مانده است. مشکل بیشتر این است که همه آن جایگاه‌ها عملیاتی و همیشه برای سوخت‌رسانی در دسترس نیستند.
بیشتر بخوانید:
بهترین خودرو های چینی شاسی بلند
بهبود فناوری و زیرساخت خودروهای هیدروژنی
بسیاری از نکات منفی خودروهای هیدروژنی را میتوان با سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌ها و فناوری‌های مربوطه برطرف کرد. در برهه کنونی، جایگاه‌های سوخت اختصاصی هیدروژن گران‌تر از عملیاتی کردن ایستگاه‌های شارژ ماشین‌های برقی هستند، مگر اینکه تولید و مصرف خودروهای هیدروژنی افزایش یابد، اما فعلاً با سرمایه‌گذاری‌های فعلی چنین چیزی بعید جلوه میکند. رخدادی شبیه به وضعیت تناقض آمیز تبصره ۲۲ (منطق) است که در آن برای توسعه ماشین‌های هیدروژنی در وهله نخست به توسعه زیرساختی نیاز داشته باشیم، اما هیچ سرمایه‌گذاری‌ای روی آن نکنیم. این وضعیت پاردوکسیکال باعث می‌شود که این صنعت به حد مطلوب خود رشد نیابد. با این حال، دولت بریتانیا و اتحادیه اروپا همینک از کوشش‌ها برای افزایش تعداد ایستگاه‌های سوخت هیدروژن موجود حمایت میکنند.
تفاوت بین خودروهای پیل سوختی هیدروژنی و خودروهای الکتریکی
اگر همه‌چیز درست پیش می‌رفت، تا به الان خودروهای موتور احتراقی باید تا به امروز کنار گذاشته می‌شدند؛ اما امروزه همچنان شاهد رقابتی سخت بین خودروهای پیل سوختی هیدروژنی با سایر خودروهای الکتریکی هستیم. و کمپانی‌های خودروسازی به دلیل فروش کماکان بالای موتورهای احتراقی همچنان بخش بزرگی از بازار جهانی را در اختیار دارند. یکی از دلایل توجه به خودروهای الکتریکی و پیل سوختی هیدرژونی آلایندگی صفر آن‌هاست؛ البته، اگر بخواهیم دقیق‌تر بگوییم آلایندگی ناشی از موتور.
چرا که همچنان ریزه‌ذرات ناشی از مواد مصرفی نظیر لاستیک، لنت ترمز و چیزهای دیگر، آلایندگی زیست محیطی دارند. اما رسیدن به دوران کربن صفر، ظاهراً از خودروهای هیدروژن سوز و یا الکتریکی خواهد گذشت. فقط می‌ماند که ببینیم کدام یک قادر هستند چالشِ مسافت طی‌شده، مدت زمان سوخت‌گیری و ایمنی را حل کنند. تا به این‌جای کار سهولت در احداث پمپ برقی برای خودروهای الکتریکی، این نوع فناوری را به صدر جدول نشانده؛ اما همچنان مشکل مدت زمان شارژ کامل وجود دارد. مشکلی که در خودروهای هیدروژن سوز تا حد زیادی برطرف شده است. باید دید که در آینده چه اتفاقاتی خواهد افتاد.
آیا آینده از آن خودروهای هیدروژن سوز خواهد بود؟
همان‌طور که انقلاب الکتریکی نقشه‌یِ وسایل نقلیه را با سرعت بیشتر ترسیم میکند، شاید گمان کنید که خودروهای الکتریکی (BEVs) برنده ماجرا شده‌اند – و سایر اشکال جایگزین سوختی مانند خودروهای الکتریکی با پیل هیدروژنی (HFCEV یا HFCEVs) FCEV ها) بازی را باخته‌اند. اما در واقع، این بحث زیاد هم صفر و یکی نیست. زندگی به ندرت سیاه و سفید است و آینده سوخت خودروها هنوز مشخص نشده است.
برخی از خودروسازان هنوز بر این باورند که خودروهای پیل سوختی هیدروژنی می‌توانند جایگاهی را در آینده جدید و گسترده‌یِ خودروها تضمین کنند. اما سوخت‌های زیستی مصنوعی نیز می‌توانند احتراق بنزین و گازوئیل را زنده نگه دارند، آن‌هم حین آن‌که فناوری‌های هیبریدی و سایر پیشرانه‌ها در نظر باقی می‌مانند، زیرا مهندسان در تلاش برای ایجاد تعادل بین کربن‌زدایی و نیاز مصرف‌کننده، فناوری‌های متعددی را بررسی میکنند. شاید این خبر خوبی باشد که ما فاصله معناداری با خودروی هیدروژنی بهینه و کارآمد نداشته باشیم.
جمع‌بندی
در این نوشتار کوشیدیم درباره کارکرد خودرو هیدروژن‌سوز و مزایا و معایب آن چند کلامی شرح دهیم تا تصویر بهتری در ذهن شکل بگیرد. مطمئناً در آینده‌ای نه چندان دور خودروهای الکتریکی و هیبریدی جایگزین خوبی برای خودروهای بنزینی خواهند شد. به هر روی، با توجه به شرایط اقلیمی کره‌ی زمین اگر چنین نکنیم، بقای گونه‌مان به خطر خواهد افتاد. باید دید و منتظر ماند که فناوری و صنعت چه چیزی در چنته خواهد داشت تا نجات‌مان دهند!
سوالات متداول
آیا خودروهای هیدروژن سوز به اندازه خودروهای مرسوم سریع هستند؟
تا حدی همینطور است. مثل تمام اتومبیلهای دیگر، بسته به نوع خودرو، حداکثر سرعت و شتاب تفاوت میکند. مثلاً تویوتا میرای با شتاب 9/2 بر ثانیه به سرعت 100 کیلومتر میرسد. و از طرفی دیگر، اچ 2 اسپید میتواند در حدود 3/4 کیلومتر بر ثانیه به همین سرعت دست پیدا کند. گفتنی است که حداکثر سرعت این ماشین نیز برابر با 299 کیلومتر است.
آیا خودروهای هیدروژنی برای محیط زیست مضر هستند؟
خیر؛ چرا که آلایندگی بسیار کمتری را نسبت به خودروهای بنزینی یا دیزلی تولید میکنند. در واقع امر، خودروهای پیل سوختی هیدروژنی فقط آب (H2O) و هوای گرم منتشر میسازند. این تمام ماجرا نیست، اگر هیدروژن از طریق الکترولیز، با استفاده از الکتریسیته از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند نیروی باد تولید شود، آنگاه این «هیدروژن سبز» کاملاً تمیز و دوستدار محیط زیست خواهد بود.
بیشتر بخوانید:
- بررسی مشخصات فنی میتسوبیشی اکلیپس کراس
- بهترین خودروهای 2023
- بررسی ساندرو استپ وی
- بررسی مشخصات فنی هیوندای i30
- بررسی مشخصات فنی میتسوبیشی اکسپندر 2023
- بررسی مشخصات فنی پژو 206 تیپ 2
منابع: energy ،caranddriver ،twi-global ،carmagazine
دیدگاه شما درباره خودروهای هیدروژن سوز چیست؟ آیا آینده پاک‌تر و بهینه‌تری را برای ما به ارمغان خواهند آورد؟ لطفاً نظرات خود را در بخش کامنت‌ها برای تکراتو بنویسید.
